Звук — это механическая волна, распространяющаяся в упругой среде (газ, жидкость, твердое тело) за счёт колебаний частиц среды. Скорость звука — это скорость распространения фронта звуковой волны.
Для различных сред скорость звука различна и зависит от свойств среды, таких как плотность, модуль упругости и температура.
В идеальном газе скорость звука c определяется формулой:
$$ c = \sqrt{\gamma \frac{R T}{M}} $$
где $\gamma = \frac{C_p}{C_v}$ — показатель адиабаты (отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и объёме), R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, M — молярная масса газа.
Из формулы видно, что скорость звука растёт с увеличением температуры и зависит от состава газа.
В жидкостях и твёрдых телах скорость звука рассчитывается по формуле:
$$ c = \sqrt{\frac{E}{\rho}} $$
где E — модуль упругости (для жидкостей это модуль объёмной упругости, для твёрдых тел — модуль Юнга или сдвига), ρ — плотность среды.
В твёрдых телах скорость звука обычно выше, чем в жидкостях и газах, из-за большей упругости и плотности.
Звуковая волна — это продольная волна, в которой частицы среды колеблются вдоль направления распространения. Частота, длина волны и скорость связаны формулой:
c = λν
где λ — длина волны, ν — частота звука.
Звуковое давление — это отклонение давления в среде от среднего значения вследствие прохождения звуковой волны. Интенсивность звука — это мощность, передаваемая звуковой волной через единицу площади.
Интенсивность звука связана с квадратом амплитуды колебаний и важна для оценки громкости и восприятия звука.
При кипении и конденсации в среде возникают локальные изменения плотности и температуры, что влияет на распространение звуковых волн. Например, образование пузырьков пара может вызвать рассеяние и поглощение звука, изменять его скорость и интенсивность.
В технических и природных системах учитывается влияние фазовых переходов на акустические характеристики среды.