ما هي أفضل المواد التي تحمل الموجات الصوتية؟

تحمل المواد الخفيفة اهتزازات صوتية أفضل من الأجسام الثقيلة الكثيفة. مرونة المادة أو "نوابضها" مهمة أيضًا لنقل الصوت: المواد الأقل مرونة مثل الرغاوي الصلبة والورق أكثر عرضة لامتصاص الصوت من حمله. أفضل المواد لحمل الموجات الصوتية تشمل بعض المعادن مثل الألمنيوم ، والمواد الصلبة مثل الماس.

تعتبر معادلة سرعة الصوت في الخصائص المختلفة أمرًا حاسمًا لفهم سبب وجود خصائص معينة تحمل الصوت بشكل أفضل. سرعة الموجة الصوتية تساوي الجذر التربيعي لخاصية المرونة مقسومًا على كثافة الجسم. بعبارة أخرى ، كلما كان الكائن أقل كثافة ، كان الصوت ينتقل بشكل أسرع ، وكلما كان أكثر مرونة ، كان الصوت ينتقل بشكل أسرع. وبالتالي ، فإن الجسم يصدر صوتًا أبطأ إذا لم يكن مرنًا جدًا وكان كثيفًا جدًا.

ينتقل الصوت بواحد من أسرع المعدلات عبر الألومنيوم ، بمعدل 6320 مترًا في الثانية. هذا لأن الألمنيوم ليس كثيفًا بشكل خاص - بمعنى أنه يحتوي على كتلة قليلة في حجم معين - وهو مرن للغاية وقادر على تغيير شكله بسهولة. لاحظ أن مرونة المادة تميل إلى التقلب أكثر من كثافتها ، وبالتالي تعتبر أكثر أهمية لفهم سرعة الصوت من خلال مادة معينة.

سرعة الصوت التالية هي 4600 متر في الثانية في النحاس. مع مرونته وبالتالي قدرته على الاهتزاز في مكانه بسهولة ، ينتقل الصوت بسرعة. ومع ذلك ، فهو أكثر كثافة بكثير من الألمنيوم ، وهو ما يفسر سبب كونه أبطأ بنحو الثلثين من الألمنيوم.

ينتقل الصوت بشكل أبطأ بكثير من خلال الغاز والسوائل لأن الجزيئات في كل منهما ليست صلبة مثل تلك الموجودة في المادة الصلبة ، مما يقلل بشكل كبير من مرونة كل مادة. في درجة حرارة الغرفة العادية وضغطها ، تكون سرعة الصوت 343 مترًا في الثانية ، أو أقل بحوالي 20 مرة من سرعة الألمنيوم. إحدى القياسات التي ستؤثر على السرعة هي درجة الحرارة - فكلما زادت سخونة ، كان الصوت يتحرك خلاله بشكل أسرع لأنه يزيد من سرعة الجزيئات. على سبيل المثال ، يكون الصوت أسرع بمقدار 12 مترًا في الثانية في 40 درجة مئوية مما هو عليه في 20 درجة مئوية.