光传播的速度比声速快了将近100万倍-确切地说,光速是声速的88.8万倍。光和所有电磁波以$3 \times 1 0 ^ { 8 }$米/秒的速度传播,而声的速度只达到了760英里/小时(340米/秒)。
声速与光速的对比可以在棒球比“声音花园”摇滚乐队的成员之一克里斯·科内尔(Chris Cornell)在音乐会上使用耳塞。在炎热的天气和凉爽的天气,声音在哪种情况下传播速度快?空气分子倾向于在炎热潮湿的环境里运动速度快,这是因为它们的内能在不断地增加。既然声音依靠分子彼此撞击并产生压缩和稀薄,分子的弹性可以帮助声波更加快速地传递。因此,在炎热潮湿的天气里,声音的传播速度更快。
而在凉爽干燥的天气里,气体分子的振荡并不是十分自由。测定声音在空气中的传播速度的公式是:声速=331米/秒+0.6×(增加的度数)声速在温度每增加1℃时,每秒钟增加0.6米。赛中观察到:在露天看台先看到击球手击球,然后才能听到球拍击球时发出的声音。与光的速度相比,声音延迟的速度远远超过了光延迟的速度。
谁确定了声音在传播时需要一个介质?17世纪60年代,英国科学家罗伯特·波义耳(Robert Boyle)证明了声波为了传播声音必须通过某个介质。波义耳将一个铃铛放在真空中,将空气逐渐抽空,铃声会逐渐减小,直到声音完全消失。牛顿提出了关于声音介质的哪些知识?尽管牛顿的研究主要集中在几何光学原理和经典力学领域,但是他在声音领域也有一些重大发现。
他主要的贡献是对声波传播的研究。他证实了声音通过某种介质的传播速度取决于这种介质的特性。他特别证明了该介质的弹性和密度决定了声波的传播速度。声波在不同介质中的传播速度是多少?声音在介质中的传播速度取决于几个因素,比如密度、温度、介质是固体还是液体以及弹性。介质的弹性越大,声音的传播速度越快。下表列出了声音在不同介质中的传播速度。
为何用声音能判定是否发生了全球变暖的现象?海洋气候声学检温机构(ATOC)曾提出了一个有争议的实验,这个实验帮助测定全球变暖的程度。该实验表明,目前大气全球变暖程度只达到了最初研究预报的一半。许多气象学家认为是海洋吸收的热量造成了大气温度的略微升高。
为了证实这个理论,必须测量海洋的温度以便检验它们是否真正从空气中吸收了热量,还是由于温室效应使水温变高。为了测量海洋的温度,海洋气候声学检温机构建议在海底安装产生声音的大型扩音器,它在每20分钟里重复发射频率75赫兹的脉冲。附加在中央电脑上的接收器安装在海洋的另一端,用来接收信号。
电脑将计算声音从扩音器所在地(夏威夷或加利福尼亚)传到接收器所在地(分布在新西兰和阿拉斯加州之间)所需的时间。通过测量声音传播所需的时间,科学家能确定在实验期间水的温度是变高还是变低。声波是测量水温的一个有效的方法,这其中有几点原因。首先,声波进入一种介质中会改变速度。介质温度越高,声波传播得越快。事实上,水温每升高1℃,声波在每秒钟时间里多传播4.6米。
通过测量声波传播的距离,科学家可以测量声音传播的速度和水的温度。其次,在水中发射声波是测量温度的有效的有没有可以测定闪电有多远的方法?闪电和打雷同时发生。然而,光传播的速度比声音快88万倍。闪电的发生转瞬即逝,人们几乎来不及观察(取决于观察者与闪电之间的距离)。人们看见闪电后过一段时间,才能听到轰鸣的雷声。通过声音和光传播的不同速度,可以测定闪电发生在多远的地方。
雷声的速度比光慢,记下看见闪电和听到雷声之间的秒数,将记下的秒数除以5就能测量闪电和打雷发生的地点。比如,如果你看到闪电,在大约10秒钟之后听到了雷声。用10秒除以5就可以得出闪电和打雷的地点是距离你2英里(3.2千米)远的地方。
这是因为声波在水中不会像在空气中那么容易改变振幅。这就形成了一种可靠、有效和独特的测量全球变暖的方法。然而,这个计划存在一定的争议,因为有些科学家认为采用了这个计划后,一些人类听不到但海洋生物能听到的声音会对海洋生物造成伤害。海洋气候声学检温机构计划要发射的低频声音可能会对海洋生物造成一定的影响。超音波学和次声学人耳的频率限制是多少?人耳部的骨骼决定了人耳能听到的频率范围在20~20000赫兹。
处于这个范围之外的临界频率是很难被人耳听到的,但是有些人(尤其是年轻人)也可以很清楚地听到。人耳最容易探测到哪些频率?人耳最容易接收到的频率在200~2000赫兹之间。尽管人耳能收听到频带宽度的其他部分,但是人耳对于200~2000赫兹之间的声音最为敏感。其他动物听觉的频带宽度是多少?超声波学什么是超声?超声是指超过人类听力频带宽度的频率。超过20000赫兹的频率不能被人听到,但是确实是存在的。
一些动物对超声频率特别敏感,比如海豚使用超声频率彼此交流;蝙蝠使用超声作为“导航”和捕食的工具。