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音速每秒多少米多少公里 科学家解释音速传播速度(图文)

发布时间:2020-11-20 17:03:34 作者:编辑 栏目:知识 阅读量:()

音速最快有多快?科学家刚刚得出答案:这种介质下每秒达36公里

声音的速度常被简称为音速或声速,在本质上它是某种震动在介质中造成的微弱压强扰动的传播速度,声音可以在气体、液体、固体物质中传播,但不可以在真空中传播,而且其速度则会因媒质的性质、密度和温度等状态而异,通常是固体中的传播速度比液体快,液体中的传播速度比气体快,而且是介质密度愈大音速愈快。

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在空气中,空气密度越大,气温越高,音速越快。如在0℃的海平面上(一个大气压)音速约为331.5米/秒。但在一万米高空中(约为0.26个大气压),音速约为 295米/秒,通常在一个大气压下,气温每升高1摄氏度,音速就增加0.607米/秒。

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科学家们通过测量还发现,声音在25℃纯净水中的速度为1497米/秒,25摄氏度的海水中的速度为1531米/秒,但是在冰中的传播速度则达3230米/秒,在木头中的速度因木材的软硬度不同表现为500~2000米/秒,在金属铜中的速度为3750米每秒,在钢铁中的速度为5200米/秒。

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那么声音在哪种介质中的速度最快呢?最快的音速又能达到多快呢?一般认为在越是致密的物质中速度越快,比如在钻石中的速度超过这钢铁中的速度,但之前并没有音速最快有多快的统一的答案。但是在近日发表的《科学进展》中的一篇相关研究论文中,来自英国伦敦的伦敦玛丽皇后大学、剑桥大学,以及来自俄罗斯科学院高压物理研究所的物理学家们确认,声音在金属氢中传播速度最快,但传播极限速度不会超过每秒36公里。

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这一数值答案是如何得出的呢?科学家们发现声音的传播归功于相邻原子和电子的电磁相互作用,越是没有空隙的连接,就越容易传声,因此分子原子之间更多和更紧密的的链接也意味着电磁作用更好的传播,时间上的延迟也会更少,这就是密度更大的金属要比空气中声速传播更快的原因。

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研究者们根据声音传播速度的基本常数重新构建在不同介质中的传播公式。他们的第一步是将材料的体积模量与将其原子结合在一起的能量联系起来,并且关注到了凝聚态物质的特征结合能上,发现原子的质量是可能的最低质量——氢原子的质量时,声音的速度便达到上限,而氢元素处于高温高压的金属氢的状态下时,传播的速度最快。

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为了验证推论结果,研究者们使用密度泛函理论计算出了声音通过金属氢的速度,可高达35000米/秒,这比任何其他材料都要快,但理论上仍低于在该介质中声音的速度上限,因为理论计算认为,其速度应该在36000米/秒,相当于我们常说的空气中声速每秒340米的105.8倍了。

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氢元素在常态下表现为气体状态,但是在极高压之下会变成金属状态,前年美国科学家曾经在实验室中创造出金属氢,这是人类首次将氢元素制备成金属状态,但据说这第2天观察时发现金属氢又不见了,因为其压力发生了变化,金属氢又液化或升华到看不见的状态了。不过科学家们认为在像木星土星这样的气态巨行星的内部,巨大的压力可以将那里的氢元素变成金属氢状态。

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关键字: 音速

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