Большая Советская Энциклопедия (СК) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 40

  С. з. в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой С. з. увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде С. з. зависит от температуры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала.

  Табл. 2. — Скорость звука в жидкостях при 20° С

Жидкость с , м/сек Вода 1490 Бензол 1324 Спирт этиловый 1180 Четырёххлористый углерод 920 Ртуть 1453 Глицерин 1923

  С. з. в смесях газов или жидкостей зависит от концентрации компонентов смеси.

  С. з. в изотропных твёрдых телах определяется модулями упругости вещества и его плотностью. В неограниченной твёрдой среде распространяются продольные и сдвиговые (поперечные) волны, причём фазовая С. з. для продольной волны равна

,

а для сдвиговой

где Е — модуль Юнга, G — модуль сдвига, g — коэффициент Пуассона, К — модуль объёмного сжатия. Скорость распространения продольных волн всегда больше, чем скорость сдвиговых волн (см. табл. 3).

  Табл. 3. — Скорость звука в некоторых твердых телах.

Материал cl, м/сек, скорость продольной волны ct , м/сек, скорость сдвиговой волны сlст , м/сек, скорость звука в стержне Кварц плавленый 5970 3762 5760 Бетон 4200—5300 — — Плексиглас 2670—2680 1100—1121 1840—2140 Стекло, флинт 3760—4800 2380—2560 3490—4550 Тефлон 1340 — — Эбонит 2405 — 1570 Железо 5835—5950 — 2030 Золото 3200—3240 1200 2030 Свинец 1960—2400 700—790 1200—1320 Цинк 4170—4210 2440 3700—3850 Никель 5630 2960 4785—4973 Серебро 3650—3700 1600—1690 2610—2800 Латунь Л59 4600 2080 3450 Алюминиевый сплав АМГ 6320 3190 5200

  В монокристаллических твёрдых телах С. з. зависит от направления распространения волны относительно кристаллографических осей. Во многих веществах С. з. зависит от наличия посторонних примесей. В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от обработки, которой был подвергнут металл: прокат, ковка, отжиг и т. п.

  Измерение С. з. используется для определения многих свойств веществ. Измерение малых изменений С. з. является чувствительным методом определения наличия примесей в газах и жидкостях. В твёрдых телах измерения С. з. и её зависимость от разных факторов позволяют исследовать зонную структуру полупроводников , строение Ферми поверхностей в металлах и пр. Ряд контрольно-измерительных применений ультразвука в технике основан на измерениях С. з.

  Всё вышеизложенное относится к распространению звука в сплошной среде, т. е. С. з. является макроскопической характеристикой среды. Реальные вещества не являются сплошными; их дискретность приводит к необходимости рассмотрения упругих колебаний др. типов. В твёрдом теле понятие С. з. относится только к акустической ветви колебаний кристаллической решётки .

  Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953; Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973.

  А. Л. Полякова.

Скорость света

Ско'рость све'та в свободном пространстве (вакууме) с, скорость распространения любых электромагнитных волн (в т. ч. световых); одна из фундаментальных физических постоянных , огромная роль которой в современной физике определяется тем, что она представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий (см. Относительности теория ) и инвариантна (т. е. не меняется) при переходе от одной системы отсчёта к другой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей с, а со скоростью с их можно передать лишь в вакууме. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела; через неё выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчёта (Лоренца преобразования ); она входит во многие другие соотношения. Под С. с. в среде с' обычно понимают лишь скорость распространения оптического излучения (света); она зависит от преломления показателя среды n, различного, в свою очередь, для разных частот v излучения (дисперсия света ); с' (n) = c/n (n). Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости света в среде, если речь идёт не о монохроматическом свете (для С. с. в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с', всегда измеряют групповую С. с. либо т. н. скорость сигнала, или скорость передачи энергии, только в некоторых специальных случаях не равную групповой.

  Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретическом плане и для определения значений других физических величин, но и для практических целей (см. ниже). Впервые С. с. определил в 1676 О. К. Рёмер по изменению промежутков времени между затмениями спутника Юпитера Ио. В 1728 то же проделал Дж. Брадлей , исходя из своих наблюдений аберрации света звёзд. На Земле С. с. первым измерил — по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы) — в 1849 А. И. Л. Физо . (Показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, и наземные измерения дают величину, весьма близкую к с.) В опыте Физо пучок света периодически прерывался вращающимся зубчатым диском, проходил базу (около 8 км ) и, отразившись от зеркала, возвращался на периферию диска (рис. 1 ). Падая при этом на зубец, свет не достигал наблюдателя, попадая в промежуток между зубцами, — регистрировался наблюдателем. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил с = 315 300 км/сек.

  В 1862 Ж. Б. Л. Фуко реализовал высказанную в 1838 идею Д. Араго , применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512 об/сек ) зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок света направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на это же зеркало, успевшее повернуться на некоторый малый угол (рис. 2 ). При базе всего в 20 м Фуко нашёл, что С. с. равна 298000 ± 500 км/сек. Схемы и основные идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы на более совершенной технической основе др. учёными, измерявшими С. с. Наибольшего развития метод Фуко достиг в работах А. Майкельсона (1879, 1902, 1926). Полученное им в 1926 значение с = 299/96 ± 4 км/сек было тогда самым точным и вошло в интернациональные таблицы физических величин.