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.
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.
