Skaņa parādās viļņa izplatīšanās dēļ no svārstīga ķermeņa. Cietie priekšmeti, jo īpaši metāli un to sakausējumi, gaiss, ūdens - tie visi ir nesēji. Tie var radīt skaņu.
Daudzus pārsteidz situācija, kad vilciens joprojām ir ārpus redzesloka un nav dzirdams, un, pieliekot ausi pie tērauda sliedēm, riteņu skaņa būs izteikta. Acīmredzot iemesls ir atšķirīgais skaņas ātrums tēraudā un gaisā. Šis jautājums tiks apspriests sīkāk rakstā.
Kā skaņas vilnis izplatās cietās daļās
Apskatīsim procesa fiziku. Skaņa tēraudā, kā arī cietās vielās kopumā neizplatās tādā pašā veidā kā gāzēs un šķidrumos. Tas izskaidrojams ar vielu struktūras atšķirībām. Cietā ķermeņa atomi ir savstarpēji saistīti ar neredzamiem elektriskiem spēkiem. Kopā tie veido kristāla režģi. Saites darbojas kā atsperes. Jadaži atomi pārvietojas, tad citi pārvietojas ar to.
Skaņu cietā vielā rada daļiņu vibrācijas un to izplatīšanās pa kristāla režģi. Turklāt atomu kustības ir sakārtotas, tām ir vienāda frekvence un virziens. Process kļūst iespējams, pateicoties elastībai, t.i., organisma spējai pretoties spiedienam. Šī īpašība un blīvums nosaka, cik ātri skaņas vilnis izplatās. Metālos tas notiek desmit reizes ātrāk nekā gaisā.
Kas nosaka skaņas izplatīšanās ātrumu tēraudā
Lai atbildētu uz šo jautājumu, jums jāzina, kas vēl spēlē lomu šajā procesā. Papildus elastībai skaņas viļņa virziens ietekmē skaņas ātrumu. Tas ir gareniski un šķērsvirzienā. Pirmais novirzās svārstību kustības virzienā, bet otrais - pret to. Cietās vielās, atšķirībā no gaisa, skaņa var pārvietoties abos virzienos. Interesanti, ka garenvirziena viļņa ātrums vienā un tajā pašā svārstību frekvencē vienmēr ir lielāks nekā šķērsvirziena. Atšķirība ir dažas sekundes.
Tērauda markas atšķiras pēc oglekļa satura (tas nosaka cietību), pēc nemetālisko ieslēgumu skaita utt. Šeit ir vēl viens interesants fakts. Šķiet, ka, ja mēs ņemam vienu šī sakausējuma veidu, skaņas ātrums tēraudā būs nemainīgs, jo tas ir atkarīgs no elastības. Tomēr tā nav. Šī īpašība raksturo izturību pret deformāciju, kas var būt dažāda: vērpes, saspiešanas, lieces. Trieciena veids nosaka arī skaņas ātrumu. Tādējādi gareniskais vilnis atšķirasnerūsējošais tērauds ar ātrumu 5800 m/s, kompresijas vilnis - 5000 m/s, bīdes un vērpes vilnis - 3100 m/s.
