(Unde transversale)
Transmisia sunetului poate fi ilustrată prin utilizarea unui model constând dintr-o serie de obiecte sferice interconectate prin arcuri.
În termeni de materiale reale, sferele reprezintă moleculele materialelor, iar arcurile reprezintă legăturile dintre ele. Sunetul trece prin sistem prin comprimarea și extinderea arcurilor, transmițând energie acustică către sferele învecinate. Aceasta ajută la transmiterea energiei la rândul său în arcurile (legăturile) sferei vecine și așa mai departe.
Viteza sunetului prin model depinde de soliditatea/rigiditatea arcurilor și de masa sferelor. Atâta timp cât distanța dintre sfere rămâne constantă, arcurile/legăturile mai rigide transmit energie mai repede, în timp ce sferele mai mari transmit energia mai lentă. Efectele precum dispersia și reflexia pot fi, de asemenea, înțelese folosind acest model.
Într-un material real, rigiditatea arcurilor este cunoscută sub denumirea de „modul de elasticitate”, iar masa corespunde densității materialelor. Având în vedere că toate celelalte lucruri sunt egale (ceteris paribus), sunetul va călători mai lent în materiale spongioase și mai rapid în cele mai rigide. De exemplu, sunetul va călători de 1,59 ori mai repede în nichel decât în bronz, datorită rigidității mai mari a nichelului la aproximativ aceeași densitate. În mod similar, sunetul călătorește de aproximativ 1,41 ori mai rapid în gazul ușor hidrogen (protium) decât în gazul de hidrogen (deuteriu) mai greu, deoarece deuteriul are proprietăți similare, dar de două ori mai mare densitatea. În același timp, sunetul de tip „compresie” se va deplasa mai repede în solide decât în lichide și mai rapid în lichide decât în gaze, deoarece solidele sunt mai greu de comprimat decât lichidele, în timp ce lichidele sunt mai greu de comprimat decât gazele .
Unele manuale afirmă în mod eronat că viteza sunetului crește odată cu creșterea densității. Acest lucru este ilustrat, de obicei, prin prezentarea datelor pentru trei materiale, cum ar fi aerul, apa și oțelul, care au, de asemenea, compresibilități de nivel foarte diferite, care nu depășesc diferențele de densitate. Un exemplu ilustrativ al celor două efecte este că sunetul călătorește doar de 4,3 ori mai repede în apă decât ăn aer, în ciuda diferențelor enorme de compresibilitate a celor două medii. Motivul este că densitatea mai mare a apei, care funcționează pentru a încetini sunetul în apă față de aer, aproape face diferențele de compresibilitate în cele două medii.
Undele de compresie și de forfecare
Într-un gaz sau lichid, sunetul constă în unde de compresie. În solide, undele se propagă ca două tipuri diferite. O undă longitudinală este asociată cu compresia și decompresia în direcția de deplasare și este același proces în gaze și lichide, cu o undă de tip compresivă analogică în solide. Doar undele de compresie sunt suportate în gaze și lichide. Un tip de undă suplimentar, unda transversală, denumit și undă de forfecare, apare numai în solide, deoarece numai solidele suportă deformările elastice. Aceasta se datorează deformării elastice a mediului perpendicular pe direcția de deplasare a undelor; direcția deformării prin forfecare se numește „polarizarea” acestui tip de undă. În general, undele transversale apar ca o pereche de polarizări ortogonale.
Aceste unde diferite (undele de compresie și polarizările diferite ale undelor de forfecare) pot avea viteze diferite la aceeași frecvență. Prin urmare, ele ajung la un observator la momente diferite, un exemplu extrem fiind un cutremur, unde undele de compresie ascuțite ajung primele, iar undele transversale la câteva secunde mai târziu.
Viteza unei unde de compresie în fluid este determinată de compresibilitatea și densitatea mediului. În cazul solidelor, undele de compresie sunt analoge celor din fluide, în funcție de compresibilitate și densitate, dar cu factorul suplimentar al modulului de forfecare care afectează undele de comprimare datorate energiilor elastice în afara axei care pot influența tensiunea și relaxarea efectivă într-o compresie . Viteza undei de forfecare, care poate apărea numai în solide, este determinată pur și simplu de modulul și densitatea de forfecare a materialului solid.
Lasă un răspuns