固体中声波的传播形式及能流密度-普通物理学知识结构分析

2.7.1 结构图

2.7.2 声振动和声波

当振动在弹性介质中传播时,振动频率在16Hz到2×104Hz之间时能够引起我们的听觉,这样的振动称为声振动,它的传播过程称为声波。频率低于16Hz的声振动称为次声,频率高于2×104Hz的声振动称为超声。

2.7.3 声源

1.可向周围介质发出弹性波的任何振动物体都是声源。

2.一切声源都是以驻波的方式振动。驻波是由振幅相同、频率相同、振动方向相同或相反传播的两列波叠加而成。

3.几种声源

(1)杆的振动

杆的固定点是驻波的波节,杆的自由端是驻波的波腹。

固定方式有以下3种。

①两端固定

式中,L为杆长;n为任意正整数;λ为波长;Y为介质杨氏模量;ρ为介质密度。

图2-51 杆的振动

式中,v为波速;λ为波长;n为任意正整数;l为弦长。

(3)气柱的振动

(4)膜和板的振动

2.7.4 介质

1.在固体中,声波能够以纵波或横波的形式传播。(www.xing528.com)

2.在流体中,因为没有切变弹性,所以声波只能以纵波的形式传播。

3.以下讨论的都是在空气中传播的声波。

(1)物理量

①声速:声振动在弹性介质中的传播速度。

式中,R为气体恒量,T为气体热力学温度,cp为定压比热,cV为定容比热,μ为分子量。

②声压:介质中有声波传播时,压强会发生变化。声压是有声波传播时的压强P'与没有声波时的压强P0之间的差值。

由于声波是纵波,所以在稀疏区,声压是负值;在稠密区,声压是正值。

p=ρvμ

式中,ρ为介质密度,v为声速,u为质点速度。

③声强:声的传播伴随着能量的传播。声强是在单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波能量,即能流密度。

式中,ρ为介质密度,v为波速,A为振幅,ω为频率。

声强基准值:I0=10-16W/cm2

声强级:L=lg(I/I0) (单位:贝尔)

L=10lg(I/I0) (单位:分贝)

例如:在安静的住宅内,声强约为30～40分贝(dB)。

声的吸收:声在介质中传播时,有部分能量转变为热能,声强减少。

(2)物理现象

①声的反射:声波在空气里的传播过程中会发生反射现象。例如:从高大建筑物传来的回声。

②声的折射:由于大气温度的不均匀,声波会发生折射现象。连续的折射会形成弯射现象。例如:从远村传来的歌声。