Звук з’являється завдяки поширенню хвилі від коливного тіла. Тверді предмети, зокрема, метали і їх сплави, повітря, вода — все це середовища. У них може виникати звук.

Багатьох дивує ситуація, коли поїзд перебуває ще поза увагою і його не чути, а якщо прикласти вухо до сталевих рейках, то стукіт коліс буде виразним. Очевидно, що причиною є різна швидкість звуку в сталі і повітрі. Більш докладно це питання буде розглянуто в статті.

Як звукова хвиля поширюється в твердих тілах

Розглянемо фізику процесу. Звук в сталі, як і у твердих тілах загалом, поширюється зовсім не так, як у газах і рідинах. Пояснюється це відмінностями в будові речовин. Атоми твердого тіла пов’язані між собою невидимими електричними силами. Всі разом вони формують кристалічну решітку. Зв’язку діють, як пружинки. Якщо якийсь атом рухається, то з ним зміщуються та інші.

Звук в твердому тілі створюють коливання частинок і їх поширення по кристалічній решітці. Причому руху атомів упорядковані, мають одну частоту і напрям. Процес стає можливим завдяки пружності, тобто здатності тіла опиратися тиску. Це властивість і щільність визначають те, з якою швидкістю поширюється звукова хвиля. У металах це відбувається в десятки разів швидше, ніж у повітрі.

Від чого залежить швидкість поширення звуку в сталі

Щоб відповісти на це питання, потрібно знати, що ще грає роль в цьому процесі. Крім пружності, на швидкість звуку впливає напрямок звукової хвилі. Вона буває поздовжньої і поперечної. Перша розходиться за напрямом коливального руху, а друга — проти нього. В твердих тілах, на відміну від повітря, звук може поширюватися в обидві сторони. Цікаво те, що швидкість поздовжньої хвилі при однаковій частоті коливань завжди вище, ніж поперечної. Різниця становить кілька секунд.

Дивіться також:  Органічна речовина ґрунту: опис і вплив на родючість

Марки стали розрізняються за вмістом вуглецю (він визначає твердість), по кількості неметалічних включень і т. д. Наведемо ще один цікавий факт. Здається, що якщо взяти один вид цього сплаву, то швидкість звуку в сталі буде постійною, так як залежить від пружності. Однак це не так. Це властивість характеризує опір деформації, яка буває різною: кручення, стискання, згинання. Тип впливу теж визначає швидкість звуку. Так, поздовжня хвиля розходиться з нержавіючої сталі зі швидкістю 5 800 м/с, хвиля стиснення — 5 000 м/с, хвиля зрушення і кручення — 3 100 м/с.