Zvuk vzniká v důsledku šíření vlny z kmitajícího tělesa. Pevné předměty, zejména kovy a jejich slitiny, vzduch, voda - to vše jsou média. Mohou vydávat zvuk.
Mnoho překvapí situace, kdy je vlak stále v nedohlednu a není ho slyšet, a pokud přiložíte ucho k ocelovým kolejnicím, zvuk kol bude zřetelný. Je zřejmé, že důvodem je rozdílná rychlost zvuku v oceli a ve vzduchu. Tento problém bude podrobněji rozebrán v článku.
Jak se zvuková vlna šíří v pevných látkách
Uvažujme o fyzice procesu. Zvuk se v oceli, stejně jako v pevných látkách obecně, nešíří stejně jako v plynech a kapalinách. To se vysvětluje rozdíly ve struktuře látek. Atomy pevného tělesa jsou vzájemně propojeny neviditelnými elektrickými silami. Společně tvoří krystalovou mřížku. Odkazy fungují jako pružiny. Pokudněkterý atom se pohybuje a další se pohybují s ním.
Zvuk v pevné látce vzniká vibracemi částic a jejich šířením po krystalové mřížce. Kromě toho jsou pohyby atomů uspořádané, mají stejnou frekvenci a směr. Tento proces je možný díky elasticitě, tj. schopnosti těla odolávat tlaku. Tato vlastnost a hustota určují, jak rychle se zvuková vlna šíří. V kovech se to děje desetkrát rychleji než ve vzduchu.
Co určuje rychlost šíření zvuku v oceli
Abyste mohli odpovědět na tuto otázku, musíte vědět, co ještě hraje roli v tomto procesu. Směr zvukové vlny ovlivňuje kromě pružnosti rychlost zvuku. Je podélná a příčná. První se rozchází ve směru oscilačního pohybu a druhý - proti němu. V pevných látkách se na rozdíl od vzduchu může zvuk šířit oběma směry. Je zajímavé, že rychlost podélné vlny při stejné frekvenci kmitání je vždy vyšší než rychlost příčné. Rozdíl je pár sekund.
Jakosti oceli se liší obsahem uhlíku (určuje tvrdost), počtem nekovových vměstků atd. Zde je další zajímavost. Zdá se, že pokud vezmeme jeden typ této slitiny, bude rychlost zvuku v oceli konstantní, protože závisí na elasticitě. Nicméně není. Tato vlastnost charakterizuje odolnost proti deformaci, která může být různá: kroucení, tlak, ohyb. Typ dopadu také určuje rychlost zvuku. Podélná vlna se tak rozcházínerezová ocel při rychlosti 5 800 m/s, tlaková vlna - 5 000 m/s, smyková a torzní vlna - 3 100 m/s.
