La velocità del suono varia a seconda della densità del mezzo che sta trasmettendo l'onda sonora. La velocità è in gran parte dipenda da due fattori: la densità del mezzo e l'elasticità del mezzo. Per i metalli, il suono può avvenire in due modalità diverse, da onde di compressione, che agiscono simili alle onde di compressione nei fluidi e da onde di taglio. Dal momento che altri materiali non trasportano energia di taglio significativo, suono principalmente è pensato in termini di onde di compressione. La velocità del suono in qualsiasi mezzo è calcolata conoscendo alcune proprietà di base del mezzo.
Istruzioni
• Determinare il modulo di Young di elasticità, Y, del materiale. Il modulo di Young è comunemente usato in ingegneria dei materiali per prevedere il comportamento dei metalli sotto il punto di errore, quindi è solitamente noto per questi materiali. Si noti che Y può variare per diverse leghe di acciaio, alluminio e ottone.
Sarà inoltre necessario conoscere la densità del materiale di interesse (p). La densità deve essere espresso nella stessa unità di misura come il modulo di Young. Ancora una volta, quasi tutti derivati dal metallo ha una densità di nota.
Una maggiore precisione per determinare la velocità delle onde di compressione può essere raggiunto se il coefficiente di Poisson (v) è noto per il materiale. Questo valore in genere è noto per la maggior parte dei metalli di uso comune. Il rapporto di Poisson non variano così tanto come il valore di Y per leghe diverse dello stesso metallo di base.
Per calcolare la velocità delle onde di taglio, è necessario conoscere il modulo di taglio (G) del metallo. Ancora una volta, questo numero è comunemente disponibile o può essere computato. Se sapete Y e v, allora G = Y / 2(1+v).
• Calcolare la velocità delle onde di compressione, che in genere è il valore che viene chiamato senza bloccare la velocità del suono nel metallo. La velocità (abbreviato c) è determinata con la formula c = √[Y(1-v) / p(1+v)(1-2v)].
Per un acciaio al cromo-molibdeno, densità p = 7850 kg/cu. m., Y = 211 x 10 ^ 9 Pa e v rapporto di Poisson = 0.290, conseguente c = √ [21110^9(1-0.290) / 7850(1+0.290) (1-20.290)]. La risposta è c = √ [149,81 * 10 ^ 9 / 4253.13] = 5934 m/s.
• Calcolare la velocità delle onde trasversali o di taglio, (cs). Questa velocità è dipenda solo il modulo di taglio e la densità. È la formula per cs cs = √(G/p) dove G è il modulo di taglio e p è la densità del materiale.
Per il materiale nel passaggio precedente, è possibile calcolare g: G = Y/(2(1+v). G = 211 * 10 ^ 9 / 2(1+0.290). G = 8,18 x 10 ^ 10 PA.
Pertanto il valore di cs è cs = √ (8.18 x 10 ^ 10/7850) = 3228 m/s.
Si noti che la trasversale le onde sonore viaggiano molto più lentamente rispetto alla compressione o longitudinali, onde.
Consigli & Avvertenze
- Anche se è comunemente presumere che materiali più densi di trasmettere suoni più veloci, questo non è così. Infatti, più denso del metallo, il più lento il suono. Metalli con un'elasticità maggiore hanno una più alta velocità del suono.
- Il modulo di Young può cambiare significativamente con un cambiamento di temperatura. In una certa misura, questo è vero di densità e di Poisson. Calcolare la velocità del suono presso la temperatura reale del metallo.