7.2.2. Скорость звука в газовой среде

 

Пока мы разбираемся со сравнительными таблицами, давайте посмотрим еще и на некоторые механизмы, имеющие непосредственное отношение к тому эффекту, который проиллюстрирован в табл. 1 и 2. Ньютон первым попытался вычислить скорость звука в воздухе на основании чисто теоретических расчетов, учитывающих упругость и плотность воздуха. Он установил, что она должна составлять 279 м/с при температуре 0°. Однако позже физические опыты показали, что эта величина несколько занижена, а истинная скорость звука равна примерно 332 м/с. Была выдвинута догадка, что звуку в процессе его распространения необходимо время только на то, чтобы пройти расстояния между частицами воздуха, и что только «твердые» частицы передают энергию мгновенно. Ньютон эту догадку отверг, но затем сам предложил следующую идею: поскольку звуку требуется некоторое конечное время, чтобы пройти через такие частицы, то частицы сами по себе не занимают всего пространства, в котором они находятся, именно отсюда и получается эта разница. Эта идея тоже оказалась неубедительной. Так эта разница в теории и практике продолжала мистифицировать умы людей до тех пор, пока Пьер Симон, маркиз де Лаплас (Репе 51топ, {Ье Магцшз с!е Ьар1асе), не применил то, что теперь называется поправкой Лапласа (Ьар1асе'$ Соггесйоп).

Сейчас уже всем известно, что воздух при сжатии нагревается, а при разрежении - охлаждается. Когда звуковая волна распространяется по воздуху, она поочередно то сжимает воздух, то разрежает его. Расчеты Ньютона также основывались на упругости и плотности воздуха. Упругость - это способность сопротивляться изгибающей силе и противостоять ей. И скорость звука, проходящего через материал, отчасти зависит от его упругости. А когда участок высокого давления звуковой волны сжимает воздух, он увеличивает свою упругость двояко: во-первых, за счет увеличения своей плотности, а во-вторых, за счет тепла, которое генерируется при его сжатии. Так вот, ошибка Ньютона как раз и состояла в том, что он упустил из своих расчетов влияние температурных изменений, а учел только повышение упругости в результате изменения плотночастоте 125 Гц, чем, грубо говоря, те же четыре слоя, ужатые до объема одного, т.е. до слоя с четырехкратной плотностью. В табл. 1 и 2 приведены некоторые наиболее типичные данные для минеральной ваты различной толщины и плотности на разных частотах. Обратите внимание, что на высоких и средних частотах за пределами некоей минимальной толщины существенного эффекта - как при увеличении плотности, так и толщины материала - не наблюдается.

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100 Яндекс цитирования Яндекс.Метрика