Что лучше проводит звук жидкость или воздух
Да, вода может проводить звук. Звук — это механические колебания, которые распространяются в виде волн через различные среды, включая газы, жидкости и твердые тела. Вода является жидкостью и способна передавать звуковые волны. Когда звуковая волна попадает в воду, она вызывает колебания молекул воды, передавая энергию от молекулы к молекуле и распространяя звуковые волны далее.
Однако скорость распространения звука в воде отличается от скорости в воздухе. Воздух является газом, а вода — жидкостью, и их плотности различаются. Вода плотнее воздуха, поэтому звук распространяется в воде примерно четыре раза быстрее, чем в воздухе. Кроме того, вода может передавать звук на большие расстояния, чем воздух, благодаря своей плотности.
Это свойство воды используется в множестве приложений, например, в подводных обнаружительных устройствах и сонарах, которые используют звуковые волны для обнаружения объектов под водой.
Скорость звука
Звук распространяется посредством звуковых волн. Вибрирующий предмет передает свою вибрацию соседним молекулам или частичкам. Происходит передача движения от одной частички к другой, что приводит к появлению звуковой волны.
Средой распространения звуковых волн могут быть различные материалы — дерево, воздух, вода; следовательно, скорость распространения звуковых волн должна быть различной. Если мы говорим о скорости звука, мы должны спросить: а в какой среде? Скорость звука – это характеристика среды, в которой распространяется волна.
Скорость звука в воздухе составляет около 335 м/сек. Но это при температуре 0° С. С повышением температуры скорость распространения звука также увеличивается.
В воде звук распространяется быстрее, чем в воздухе. При температуре 8° С скорость его распространения составляет около 1435 м/сек, или около 6 тыс. км/час. В металле эта скорость достигает порядка 5000 м/сек, или 20 000 км/час.
Звук распространяется посредством звуковых волн. Вибрирующий предмет передает свою вибрацию соседним молекулам или частичкам.
Имя выдающегося поэта, мыслителя, переводчика, одного из создателей литературного азербайджанского языка Мухаммеда Физули навсегда вошло в историю Азербайджана.
Бахрам-шах был искусным охотником и хвастался своей ловкостью после очередной охоты. У шаха была прекрасная наложница по имени Фитнэ.
Радуга – одно из изумительных явлений природы. Она выглядит как разноцветная дуга или окружность, составленная из красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового цветов.
Отец Гаджи Зейналабдина Тагиева был башмачником. Этим он обеспечивал свою семью. Когда Зейналабдину исполнилось 10 лет, он попросил отца найти ему работу.
Гобустан, возраст которого составляет больше 15 тысяч лет, расположен недалеко от Баку. На рисунках, выгравированных на скалах Гобустана, отражены жизнь, быт и образ мышления наших предков.
Метаматериал позволит услышать подводные звуки в воздухе
Физики из Японии и Южной Кореи разработали метаматериал, который пропускает около 30 процентов энергии звуковых волн, если поместить его на границе вода-воздух, в то время как обычно эта граница пропускает менее процента энергии звука. Новый метаматериал позволит применить чувствительные конденсаторные микрофоны для записи подводных звуков и значительно увеличит качество таких записей. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.
Граница вода-воздух очень плохо пропускает звук. Акустическое сопротивление воды в 3600 раз больше, чем у воздуха, а потому энергия звуковой волны при прохождении через их границу уменьшается почти на три порядка. Это легко проверить самостоятельно, постучав, например, двумя камнями на воздухе и под водой — если вы и услышите, как камни щелкают при ударе в воде, звук до ваших ушей дойдет скорее через руки и тело, чем через воду и воздух.
С другой стороны, пьезоэлектрические микрофоны, которые в основном используют для записи подводных звуков, имеют сравнительно низкую чувствительность. Чувствительность — это отношение выходного напряжения микрофона к давлению записываемого им звука; чем она выше, тем более тихие звуки может записать микрофон, и тем меньше будет отношение шума к полезному сигналу. Чувствительность стандартного конденсаторного микрофона почти в тысячу раз превышает чувствительность пьезоэлектрического. В то же время, качественная запись подводных звуков очень важна для морской биологии, подводных коммуникаций и систем позиционирования. Поэтому ученые ищут способы уменьшить потери энергии на границе вода-воздух, чтобы воздушные микрофоны можно было применить для подводных исследований.
Группа физиков под руководством Сэма Ли (Sam Lee) наконец нашла способ значительно снизить эти потери. Если поместить изготовленный учеными метаматериал на границе вода-воздух, можно добиться почти 160-кратного увеличения энергии прошедшей волны — с долей процента до трети от энергии падающей волны. Метаматериал состоит из большого числа метаатомов, выстроенных вдоль двумерной поверхности и представляющих собой пластиковые цилиндры (АБС-пластик). Внутри каждого цилиндра находится резиновая мембрана толщиной примерно 57 микрометров, в центре которой закреплен кусочек эпоксидной смолы массой около 60 миллиграмм. Еще одна мембрана разделяет воду и воздух, так что кусочек смолы находится в воздухе и может свободно колебаться.
Оказывается, что акустический импеданс такого метаатома очень интересно зависит от частоты падающей на него звуковой волны. Акустический импеданс — это обобщение акустического сопротивления, с его помощью можно описывать не только свободные звуковые волны, но и затухающие (в сущности, эта величина аналогична комплексной диэлектрической проницаемости в оптике). Свободным волнам отвечает действительная часть импеданса, затухающим — комплексная. У пустого цилиндра, который разделяет воду и воздух, обе части акустического импеданса медленно уменьшаются с увеличением длины звуковой волны. Однако при добавлении колеблющейся массы все меняется, и комплексная часть импеданса резко падает практически до нуля для определенных длин волн, причем «резонансная» длина прямо пропорциональна расстоянию между массой и границей вода-воздух. Чтобы качественно понять, чем вызвано такое поведение, физики рассмотрели простую одномерную модель (смотри рисунок).
Несмотря на то, что в действительности метаатом является не одномерной, а трехмерной системой, ведет он себя в целом похоже. И экспериментальные данные, и результаты численных расчетов на основе метода конечных элементов (finite element modeling, FEM) утверждают, что на определенной длине волны отношение энергии прошедшей и падающей волн резко возрастает. Если более точно, то примерно треть энергии падающей волны проходит в воздух, треть отражается обратно и еще треть рассеивается во время колебаний мембраны. При расстоянии между мембранами около 0,671 миллиметра подобное поведение наблюдалось на частоте звука примерно 707 герц (эта частота примерно отвечает ноте фа второй октавы).
К сожалению, каждый метаатом так хорошо проводит звук только в узком диапазоне частот, близких к резонансной частоте. Тем не менее, авторы статьи считают, что если собрать метаматериал из метаатомов, настроенных на разные частоты, можно добиться увеличения проводимости в более широком диапазоне. К тому же регулировать резонансную частоту метаатома сравнительно легко — достаточно изменить расстояние между мембранами.
В октябре прошлого года математики из Великобритании, США и Канады предложили учитывать влияние гравитации на распространение низкочастотных подводных акустических волн. Такие волны возникают, когда какое-то тяжелое тело (например, метеорит или самолет) падает в океан. Поэтому предложенная математиками модель позволяет с хорошей точностью установить место падения подобных объектов — например, ученые уточнили с ее помощью координаты пропавшего в марте 2014 года малайзийского Боинга MH370. Разработка авторов новой статьи позволит измерять спектры акустических волн еще точнее — следовательно, координаты падения объектов можно будет очертить еще лучше.
Дмитрий Трунин
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Крыло бабочки помогло создать охлаждающую цветную пленку
Ее температура на прямом солнце оказалась до двух градусов ниже окружающего воздуха
Китайские ученые разработали многослойные цветные пленки, которые могут охлаждать поверхность до двух градусов Цельсия по сравнению с температурой окружающей среды. Высоко-насыщенный цвет этих пленок — до 100 процентов цветопередачи — виден в широком диапазоне углов (± 60 градусов). На создание такой структуры физиков вдохновили бабочки вида Morpho menelaus. Статья опубликована в журнале Optica. Большинство искусственно созданных красок работают из-за поглощения части диапазона видимого света, что может приводить к существенному нагреву окрашенных ими предметов. Чтобы предотвратить нежелательный нагрев часто используют белую краску, которая практически полностью отражает солнечную энергию. Создание разноцветных поверхностей, которые при этом не нагреваются — до сих пор сложная задача. Однако в природе встречается и другой способ цветовой передачи. Например у некоторых бабочек цвет крыльев возникает при возникновении интерференции из-за специфического отражения света от периодической структуры их крыльев. Ван Гопин (Guo Ping Wong) с коллегами из Шеньчжэньского университета предложили свое решение проблемы нагрева окрашенных поверхностей, как раз вдохновившись структурой крыльев бабочек M. menelaus. Благодаря многослойности и наличию неупорядоченных компонентов, крылья бабочек этого вида передают высокую насыщенность синего цвета в широком угле обзора. Ученые воссоздали аналогичную структуру, поместив нескольких слоев из оксидов титана TiO2 и кремния SiO2, на матовое стекло, расположенное на отражающей серебряной поверхности. Ученые оптимизировали толщину верхних слоев и добились полного отражения нежелательного желтого света. При этом синий свет свободно проникал через верхнюю многослойную структуру, испытывал диффузное отражение от неупорядоченного матового стекла, отражался от серебряного зеркала и, возвращаясь через верхнюю многослойную структуру, обеспечивал насыщенный синий цвет образца. В результате ученым удалось добиться высокой насыщенности синего цвета, до 100 процентов, в угле обзора ±60 градусов, за исключением узкого диапазона — зеркального по отношению к падающему свету — в котором отражался желтый цвет. При этом эта пленка обеспечила охлаждение до двух градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды, что сравнимо с эффективностью бесцветной охлаждающей пленки на основе серебра и полидиметилсилоксана (ПДМС). Охлаждение образца происходило за счет высокой эффективности диффузного отражения синей части спектра, малого поглощения нежелательной части видимого спектра и ближнего инфракрасного излучения, а также из-за высокого излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Ученые создали по той же технологии образцы различных цветов и экспериментально измерили их способность охлаждать поверхности, располагая их на крыше здания института и на автомобилях. Обычная синяя краска при температуре воздуха 27 градусов Цельсия и на прямом солнце нагревалась в этих экспериментах до примерно 70 градусов. А образцы новой пленки в тех же условиях продемонстрировали температуру поверхности до 45 градусов ниже. Авторы статьи подсчитали, что за обычный метеорологический год в Шеньчжене замена обычной синей краски на охлаждающую могла бы привести к сохранению около 1377 мегаджоулей на квадратный метр энергии, требующейся на охлаждение. Ученые полагают, что дальнейшая оптимизация структуры пленок, например замена серебра на многослойный диэлектрик, позволит еще больше увеличить охлаждающий эффект. Ученых не в первый раз привлекла способность неупорядоченных структур в природных объектах к охлаждению. Они хорошо рассеивают солнечный свет, что можно использовать, например, для предотвращения таяния льдов.
© 2024 N + 1 Интернет-издание / Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-67614
Использование всех текстовых материалов без изменений в некоммерческих целях разрешается со ссылкой на N + 1.
Все аудиовизуальные произведения являются собственностью своих авторов и правообладателей и используются только в образовательных и информационных целях.
Если вы являетесь собственником того или иного произведения и не согласны с его размещением на нашем сайте, пожалуйста, напишите на [email protected]
Сайт может содержать контент, не предназначенный для лиц младше 18 лет.
Какие материалы хорошо проводят звук
Какой материал проводит звук? Для передачи звука важны свойства материала. Так, легкие материалы лучше передают звуковые колебания, нежели тяжелые предметы с высокой плотностью.
Менее эластичные и упругие материалы, как бумага и пенопласт, не столько передают звук, сколько его поглощают. Материалы, которые хорошо пропускают звуковые волны, включают твердые вещества (алмаз, к примеру) и металлы, как алюминий.
Через алюминий звук летит со скоростью 6320 метров/секунда – это одна из самых высоких скоростей распространения звука.
Почему этот металл хорошо и даже отлично проводит звук? Алюминий не отличается особой плотностью, а потому имеет малый вес в данном объеме. Он очень эластичный материал и легко меняет свою форму (ручку у алюминиевой ложки может руками согнуть даже ребенок).
Формула для скорости звука в разных свойствах имеет ключевое значение для понимания того, почему определенные свойства переносят звук лучше. Скорость звуковой волны равна квадратному корню упругости, деленной на плотность объекта. Иными словами, чем менее плотный материал, тем быстрее распространяется звук, и чем он более эластичен, тем быстрее распространяется звук. Поэтому материал будет вести звук медленнее, если он не очень упругий и очень плотный.
Вслед за алюминием звук хорошо проводит медь – ее скорость составляет 4600 метров/секунда. Быстрое распространение звука обеспечивается за счет эластичности меди и способности легко вибрировать. Но плотность меди намного выше, чем у алюминия, а потому она хуже, чем алюминий проводит звук.
Проверить хорошую проводимость металлами можно, проведя опыт. К пианино (роялю) надо прикрепить один конец металлической проволоки, второй ее конец провести в помещение, в которое не может пройти звук от пианино и соединить его с каким-то другим музыкальным инструментом, к примеру, со скрипкой или гитарой. Потом начать играть на пианино – его звук будет слышен в том помещении и будет казаться, что он исходит от скрипки (гитары).
беруши из пористого материала
Лучшими проводниками звука являются упругие материалы, а худшими проводниками звука пористые материалы (беруши изготавливаются из пористого материала). Упругие материалы это большинство металлов, древесина, газ и жидкость. Пористые материалы: поролон, войлок, минеральная вата и др.
При ремонте квартир, особенно в плане ее звукоизоляции, надо точно знать, какие материалы хорошо проводят звук, дабы не ухудшить себе и соседям жизнь.
6 комментария на « Какие материалы хорошо проводят звук »
Сергей сказал(а):
Достали верхние соседи, при ремонте квартиры сказали, что надо звукоизолировать потолки. Мастера обшили гипсокартоном и между плитами и им проложили минеральную вату. Эффект — практически ноль. Сколько денег ушло и все зря. Немного ушел воздушный шум, но даже слышны уроки на пианино через этаж сверху. Ударный шум как был, так и остался.
Тихо там, где не шумят. Есть нюанс — как крепили гипсокартон к потолку? Для погашения излишней вибрации каркасное основание изготавливается на подвесах и следует предусмотреть воздушную прослойку.
Владислав сказал(а):
Звукоизоляция потолка, судя по отзывам, практически не помогает. И в случае жесткой связки гипсокартона с металлическим каркасом звук будет проходить, как и проходил, если не сильней.