声音的传播快慢与传播介质的什么因素有关

声音的传播快慢与传播介质的什么因素有关

一、固体介质中的声速
介质尺寸的大小对声速也会造成影响，假设声音在一块尺寸远大于波长的固体中传播，那么声速大小和三个主参数有关：介质的杨氏弹性模量、介质的密度、介质的泊松比。
固体中纵波声速C的理论公式：


当固体介质的尺寸小于等于声音的波长时，例如声音在细长棒中传播，则无需考虑固体的泊松比，即泊松比为0。
此时固体中纵波声速C的理论公式：

E ：介质的杨氏弹性模量
P ：介质的密度
σ：介质的泊松比

声速是三个参数的综合结果，举个例子：钢与铜的声速比较。


（PS：细心的网友可能会发现，把三个参数带入声速理论公式后，计算出来的声速值和公认值有差异。原因可能是参数只是估算值）

可以看出：固体介质的弹性模量越大，密度越少，则声速越大。
（PS：上面的结论，一看声速的理论公式就可以得知了，问题是泊松比，有兴趣的网友可以试试算算，泊松比是否越大，声速就越大，还是相反呢？）

什么是弹性模量（亦称杨氏弹性模量）？在拉压应力的弹性范围内，应力和应变成正比，应力=弹性模量*应变，因此弹性模量是衡量材料抵抗弹性形变能力的指标，亦称为刚度。

什么是泊松比？材料在弹性范围内，受轴向拉伸时的横向正应力与受轴向压缩时的轴向正应力成正比。而材料的横行正应力与轴向正应力之比的绝对值，我们称为：泊松比。所有固体的泊松比都在0~0.5之间。

此外，其他因素可以影响介质的基本参数从而改变声速：固体的温度、应力、均匀性。
温度：一般固体的声速随介质的温度升高而降低。
应力：当应力方向与声波传播方向一致时，若应力为压应力，则声速加快；若应力为拉应力，则声速减慢。
均匀性：在某些均匀性差异大的固体中，例如铸铁，其表面冷却快，晶粒细，声速越大；中心冷却慢，晶粒粗，声速慢。
二、液体和气体介质的声速

声音在液体或气体介质传播，其声速和两个因素有关：介质的容变弹性模量、介质的密度。
液体、气体中纵波的声速C的理论公式：

B ：液体、气体介质的容变弹性模量
P ：液体、气体介质的密度

什么是容变弹性模量？在气体或液体中，容变弹性模量定义为：产生单位容积相对变化所需的压强。

液体和气体介质的容变弹性模量越大，密度越小，声速越大。
对于液体介质，一般情况下，当温度升高时，容变弹性模量减少，声速降低。水是特例，声音在水中传播，当温度在74°C左右，声速最大；当温度低于74°C，声速随温度升高而升高；当温度高于74°C，声速随温度升高而降低。
对于气体介质，温度升高，声速增大。