При каком давлении частицы в среде не смогут образовать звуковую волну при возмущении? Как это давление можно описать математически?
Я предполагаю, что это будет соответствовать точке, в которой восстанавливающая сила из-за давления не сможет создать поперечную волну, и возмущенные частицы уйдут бесконечно далеко, прежде чем гипотетическая волна достигнет своей амплитуды. Но я понятия не имею, как вы вообще начнете находить количественное значение этой точки.
Очевидно, что это не резкое ограничение, но, как правило, звуковые волны не могут распространяться, если их длина волны равна или меньше длины свободного пробега молекул газа. Это означает, что даже при сколь угодно низком давлении звук будет распространяться, если длина волны достаточно велика. Возможно, это натяжка, но даже в межзвездных газовых облаках звуковые волны (точнее ударные волны) будут распространяться, но масштаб их длины порядка световых лет.
Я ожидаю, что минимального давления не будет .
Звуковая волна – это волна плотности. Если частицы находятся близко друг к другу, они будут взаимодействовать из-за сильных сил, таких как сила Ван-дер-Ваальса и сила Кулона. Уменьшение давления в постоянном объеме приводит к большим расстояниям между частицами.
Предположим, что частицы находятся на огромном расстоянии , и мы игнорируем даже все еще остающиеся более слабые силы, такие как сила тяжести. Теперь газ находится в термодинамическом равновесии . Затем создается ударная волна, сжимая две частицы вместе. Эта ударная волна будет проходить через среду и распадаться, как известно, от частиц при более высоком давлении. Скорость распространения звука будет увеличиваться с увеличением давления.
Его будет трудно измерить, потому что эффект перекрывается случайным тепловым движением частиц. Но это скорее техническая проблема.
Если вас интересуют такие вопросы, вам стоит взглянуть и на мысленный эксперимент Максвелла с демоном .
Фактически ноль, но для этого нужно умственное напряжение.
Когда вы имеете дело с газом, более низкое давление означает, что длина свободного пробега больше, а это означает, что атомы/молекулы могут проходить все больше и больше времени между столкновениями. Вы можете получить это, либо разместив частицы на большем расстоянии (более низкая плотность), либо замедлив их (более низкая температура). По мере того, как это время между столкновениями увеличивается, ваша система больше похожа на группу частиц, движущихся в одном направлении, а не на группу частиц, «выплескивающихся» вперед и назад. В этом пределе нулевого давления вы больше не получаете интересного распространения звуковых волн, и я почти уверен, что это то, к чему ведет ваша интуиция.
Жидкости, с другой стороны, имеют большие перспективы. Жидкий гелий-II (сверхтекучий гелий) устроен очень странно — он может течь вверх, чтобы вырваться из контейнера, и проводит тепло лучше, чем любой другой известный материал. Считается, что эта теплопроводность передается звуком, хотя в литературе вы, скорее всего, встретите термин «фонон». Фононы можно наблюдать при очень низком давлении жидкости, а это означает, что звук в этой системе может распространяться при очень низком давлении.
Опытным путем в гипобарической камере можно определить высоту/давление, при которых звук перестает распространяться. Просто поместите звукоизлучающее устройство в камеру с микрофоном. Ртутный манометр на камере может определить «высоту», на которой звук перестает передаваться на микрофон.
dmckee --- котенок экс-модератор
ДаренВ
честный_vivere
Даниэль