声波传播需要介质

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引言

声音指的是一种特殊的能量形式，主要在耳朵中产生听觉。声音主要由物体的振动以及空气分子的运动产生。例如，声带发出的声音和其他声音是由弹性物体粒子运动产生的。声音需要介质，例如固体、空气或液体才能传播。

正因为如此，他们在太空中通过使用“通信载波组件”（CCA）进行交流，因为太空中没有传播声波的介质。

• 例如，一个人要到太空旅行，需要火箭或其他工具。同样，声音也需要某种介质才能传播到其他空间。这是因为真空中存在的任何类型的声分子都可以产生振动来传递声波，并帮助声波传播。

什么是介质传播？

• 声波的电磁波能够在真空空间中传播，而机械波需要介质才能将声能从一种介质传播到另一种介质（Ramadhan et al. 2019）。
• 声音传播的另一个重要条件是物质介质，因为介质也决定了声音的速度。例如，声音在铜介质中的速度最高，超过4500 m/s，而声音在空气介质中的速度最低，约为340 m/s。

声音在不同介质中的传播

通常可以看到四种不同的基本声传播波：空气、液体、固体和等离子体介质。

• 声波可以传播并通过介质的传输穿过。对等离子体介质的需求主要原因始于空气介质（Bambic & Reynolds, 2019）。
• 声速主要取决于介质及其状态。声分子取决于环境密度。

图1：声波的介质传播

• 温度、湿度和降雨误差也是决定声速的因素。例如，在大气温度较高的情况下，声速会更高。
• 海拔高度也影响声速。例如，在海拔较高的地方，天气会更凉爽，因此在山区，声速会明显降低。对于电子蜂鸣器，需要一个密封的底座用于空气吸气泵。

其他声音传播介质

在不同的介质中，声音的速度和波长各不相同。例如，在700F时，声速约为760英里/小时，但当温度升高到100以上时，声速会增加到约800英里/小时。

在700F温度的液体介质中，声音传播速度超过3000英里/小时，但当声音密度增加时，声音波长会变慢。

图2：声音的传播

固体介质表现出密度、压缩性和刚度，这些都积极影响声速。

例如，由于介质的密度、压缩性和刚度，声音在铁介质中的速度大于在木材介质中的速度。在固体介质中，声速约为11500英里/小时（Yan et al. 2020）。在固体介质中，即使比空气好，声速也更高。在空气介质中，声速约为8800英里/小时。

介质传播在声音传播中的意义

图3：不同介质中不同波长的声波

为了传播声波，最重要的粒子有助于将声音从声源传递到另一种介质。

两种不同类型的波，例如纵波和横波（Becker et al. 2018）。声波也依赖于天气和周围大气（Darman et al. 2019）。固体介质是最好的声音传播介质，因为固体介质的分子彼此非常靠近，而在其他介质中，分子彼此稍微远离。

结论

此外，电磁波不需要“传播介质”，这意味着这些特殊的波不仅在固体、液体或气体介质中传播，而且这种波也穿过“真空空间”。横波不需要任何介质传播，因为它们可以在真空中传播到太空，但其他类型的波完全依赖于不同的介质进行传播。

常见问题

Q1. 真空中声波无法传播的主要原因是什么？

真空中没有分子，而声波在没有分子作用力的情况下不具备传播特性。因此，声音无法在真空中传播。

Q2. 为什么宇航员不能在太空中说话？

太空中不存在任何类型的介质分子。因此，宇航员使用不同的仪器相互交流。

Q3. 声波有哪些不同类型？

不同类型的声波包括无线电波、微波和红外线波。此外，还观察到紫外线波、X射线和伽马射线。

Q4. 机械波需要介质进行声波传播吗？

是的，为了进行声波传播，机械波需要介质或分子作用力。相反，电磁波的传播不需要任何介质。

参考文献

期刊

Bambic, C. J., & Reynolds, C. S. (2019). Efficient production of sound waves by AGN jets in the intracluster medium. The Astrophysical Journal, 886(2), 78. Retrieved from: https://iopscience.iop.org/

Becker, T. S., van Manen, D. J., Donahue, C. M., Bärlocher, C., Börsing, N., Broggini, F., ... & Blum, T. E. (2018). Immersive wave propagation experimentation: Physical implementation and one-dimensional acoustic results. Physical Review X, 8(3), 031011. Retrieved from: https://link.aps.org/

Darman, D. R., Wibowo, F. C., Suhandi, A., Setiawan, W., Abizar, H., Nurhaji, S., ... & Istiandaru, A. (2019, March). Virtual media simulation technology on mathematical representation of sound waves. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1188, No. 1, p. 012092). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org/

Ramadhan, R. H., Ratnaningtyas, L., Kuswanto, H., & Wardani, R. (2019, December). Analysis of physics aspects of local wisdom: Long Bumbung (Bamboo Cannon) in media development for android-based physics comics in sound wave chapter. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1397, No. 1, p. 012016). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org/

Yan, Q., Liu, K., Zhou, Q., Guo, H., & Zhang, N. (2020, February). Surfingattack: Interactive hidden attack on voice assistants using ultrasonic guided waves. In Network and Distributed Systems Security (NDSS) Symposium. Retrieved from: https://par.nsf.gov/

网站

Meritnation (2022). 关于声波介质传播。摘自：https://www.meritnation.com [检索日期：2022年6月17日]

Technature (2022). 关于声音的传播。摘自：http://www.technature.ca/ [检索日期：2022年6月17日]