為什麼聲波的傳播速度與振動的頻率響度無關?

時間 2021-05-11 18:19:43

1樓:

聲波是機械波,縱波是說振動方向與傳播方向相同。

問題在於,這個振動並非是單個分子的振動。空氣當中的分子是在作布朗運動,亂七八糟的,根本談不上有什麼方向,甚至並不是在週期性振動。

被傳播的「振動」,其實是壓力和壓強的變化,也可以理解為單位質量氣體的體積。單位質量的氣體當中的分子數是一定的。當其受到外力,體積減少,則作布朗運動的分子活動空間減少,碰到邊界的概率變大(或者說單位時間當中撞到邊界的分子增多),從而該邊界處壓強變大,在邊界處形成壓力差,壓力從邊界這邊往那邊傳播,形成波的傳播。

(當然,這個邊界是虛擬的,不是實際存在的東西。實質上是分子之間的距離縮小,活動空間減少導致「碰撞」概率上公升)

所以你可以看到,這個過程與分子自身的布朗運動速度有關(因為影響單位時間內碰壁的分子數,也就是壓強),但是並非是等同於單個分子的運動速度,分子也並非在傳播方向上發生了同向運動或者振動。(否則變成激聲了)

也就是說,波的傳播是一種巨集觀整體性質,並非是單個微觀粒子行為。就好比流言蜚語在人群當中的傳播速度一樣,其傳播本身的確借助了傳播路徑上的每個人,但是並非等同於單個個體的操作速度。

2樓:萌叔哦賣糕

這個問題前段時間有人問過,問題的癥結很簡單:因為空氣分子之間並不能碰撞,它們之間離著十萬八千里呢。你和你女朋友親嘴的時候,其實你們嘴唇上的分子也沒「碰撞」,也同樣離著十萬八千里呢。

如果碰上了就麻煩了,人體蜈蚣了。

我之前的回答在這裡:

為什麼聲音的傳播速度和頻率無關?

3樓:麥克斯韋

個人理解你的思路沒有問題,這個340公尺/秒是指在空氣中,預設為標準大氣壓下。假設現在人類生活的大氣壓,突然變為原來的十倍,或者說地球對空氣的吸引力變大了10倍,那麼空氣密度也發生了變化,此時再去測量聲音在空氣中的速度,絕對發生了很大的變化。

或者說聲音在不同密度的空氣中傳播的速度,肯定不一樣。

這樣看來,您這個思路是沒有問題的。

4樓:葉老師物理

題主的模型有問題。跟聲波的波長相比,你不能深入到分子層面。你可以設想空氣是由一層一層緊密相連的「薄層」組成,這樣,在「薄層」之間傳遞振動,其速度便是個定值。

或者,你模擬一下彈簧波也可以得到這個結論。另外,振動的傳播和振動本身是兩個不同的概念,波動速度與振動頻率、響度,也就沒有必然的聯絡。

5樓:王璟

你的核心理解 A的速度即聲波的速度是錯的。。。。

雖然聲波是縱波,但是縱波依然是波,傳遞其的介質粒子還是會做往復振動,只是振動方向正好與波的傳播方向相同而已

所以分子A做往復運動的頻率即聲波頻率對於整體傳播來說作用微乎其微,而響度不過是讓這個往復運動的幅度大了一點,實際上依然對整體傳播作用很小,這個如果需要直觀理解只能拿分子力學模擬軟體搞個影象看看

6樓:陸一絲

其實也並非那麼固定,只算是乙個非常合理的近似罷了。除了一些極端的條件,都可以認為介質的性質(溫度、密度、熱容等)是均勻的,甚至是恆定的。下面多答一點,一方面是介質為流體時波動方程推導,二是空氣中聲速估算。

由流體的連續性方程和牛頓第二定律:

在波傳播時,密度、壓強有一定擾動:

於是有:

對兩個方程分別對時間求導和求梯度:

於是得到了波動方程:

Newton 公式:

以空氣中聲波為例:聲波是縱波,聲波在氣體中傳播時,氣體以聲波頻率作週期性的壓縮與膨脹,壓強也相應改變。由於壓縮與膨脹過程振幅很小、變化迅速,氣體的導熱係數很小,熱量來不及傳遞,可以將過程近似地看作準靜態絕熱過程。

即滿足:

記聲速為 ,那麼:

由理想氣體狀態方程和密度定義:

得到:將剛性雙原子分子 ,空氣摩爾質量 ,常溫溫度 ,普適氣體常數 代入得到

為什麼聲音的傳播速度和頻率無關?

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