聲波傳播需要介質

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引言

聲音指的是一種特殊的能量形式，主要在耳朵中產生聽覺。聲音主要由物體的振動以及空氣分子的運動產生。例如，聲帶發出的聲音和其他聲音是由彈性物體粒子運動產生的。聲音需要介質，例如固體、空氣或液體才能傳播。

正因為如此，他們在太空中透過使用“通訊載波元件”（CCA）進行交流，因為太空中沒有傳播聲波的介質。

• 例如，一個人要到太空旅行，需要火箭或其他工具。同樣，聲音也需要某種介質才能傳播到其他空間。這是因為真空中存在的任何型別的聲分子都可以產生振動來傳遞聲波，並幫助聲波傳播。

什麼是介質傳播？

• 聲波的電磁波能夠在真空空間中傳播，而機械波需要介質才能將聲能從一種介質傳播到另一種介質（Ramadhan et al. 2019）。
• 聲音傳播的另一個重要條件是物質介質，因為介質也決定了聲音的速度。例如，聲音在銅介質中的速度最高，超過4500 m/s，而聲音在空氣介質中的速度最低，約為340 m/s。

聲音在不同介質中的傳播

通常可以看到四種不同的基本聲傳播波：空氣、液體、固體和等離子體介質。

• 聲波可以傳播並透過介質的傳輸穿過。對等離子體介質的需求主要原因始於空氣介質（Bambic & Reynolds, 2019）。
• 聲速主要取決於介質及其狀態。聲分子取決於環境密度。

圖1：聲波的介質傳播

• 溫度、溼度和降雨誤差也是決定聲速的因素。例如，在大氣溫度較高的情況下，聲速會更高。
• 海拔高度也影響聲速。例如，在海拔較高的地方，天氣會更涼爽，因此在山區，聲速會明顯降低。對於電子蜂鳴器，需要一個密封的底座用於空氣吸氣泵。

其他聲音傳播介質

在不同的介質中，聲音的速度和波長各不相同。例如，在700F時，聲速約為760英里/小時，但當溫度升高到100以上時，聲速會增加到約800英里/小時。

在700F溫度的液體介質中，聲音傳播速度超過3000英里/小時，但當聲音密度增加時，聲音波長會變慢。

圖2：聲音的傳播

固體介質表現出密度、壓縮性和剛度，這些都積極影響聲速。

例如，由於介質的密度、壓縮性和剛度，聲音在鐵介質中的速度大於在木材介質中的速度。在固體介質中，聲速約為11500英里/小時（Yan et al. 2020）。在固體介質中，即使比空氣好，聲速也更高。在空氣介質中，聲速約為8800英里/小時。

介質傳播在聲音傳播中的意義

圖3：不同介質中不同波長的聲波

為了傳播聲波，最重要的粒子有助於將聲音從聲源傳遞到另一種介質。

兩種不同型別的波，例如縱波和橫波（Becker et al. 2018）。聲波也依賴於天氣和周圍大氣（Darman et al. 2019）。固體介質是最好的聲音傳播介質，因為固體介質的分子彼此非常靠近，而在其他介質中，分子彼此稍微遠離。

結論

此外，電磁波不需要“傳播介質”，這意味著這些特殊的波不僅在固體、液體或氣體介質中傳播，而且這種波也穿過“真空空間”。橫波不需要任何介質傳播，因為它們可以在真空中傳播到太空，但其他型別的波完全依賴於不同的介質進行傳播。

常見問題

Q1. 真空中聲波無法傳播的主要原因是什麼？

真空中沒有分子，而聲波在沒有分子作用力的情況下不具備傳播特性。因此，聲音無法在真空中傳播。

Q2. 為什麼宇航員不能在太空中說話？

太空中不存在任何型別的介質分子。因此，宇航員使用不同的儀器相互交流。

Q3. 聲波有哪些不同型別？

不同型別的聲波包括無線電波、微波和紅外線波。此外，還觀察到紫外線波、X射線和伽馬射線。

Q4. 機械波需要介質進行聲波傳播嗎？

是的，為了進行聲波傳播，機械波需要介質或分子作用力。相反，電磁波的傳播不需要任何介質。

參考文獻

期刊

Bambic, C. J., & Reynolds, C. S. (2019). Efficient production of sound waves by AGN jets in the intracluster medium. The Astrophysical Journal, 886(2), 78. Retrieved from: https://iopscience.iop.org/

Becker, T. S., van Manen, D. J., Donahue, C. M., Bärlocher, C., Börsing, N., Broggini, F., ... & Blum, T. E. (2018). Immersive wave propagation experimentation: Physical implementation and one-dimensional acoustic results. Physical Review X, 8(3), 031011. Retrieved from: https://link.aps.org/

Darman, D. R., Wibowo, F. C., Suhandi, A., Setiawan, W., Abizar, H., Nurhaji, S., ... & Istiandaru, A. (2019, March). Virtual media simulation technology on mathematical representation of sound waves. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1188, No. 1, p. 012092). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org/

Ramadhan, R. H., Ratnaningtyas, L., Kuswanto, H., & Wardani, R. (2019, December). Analysis of physics aspects of local wisdom: Long Bumbung (Bamboo Cannon) in media development for android-based physics comics in sound wave chapter. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1397, No. 1, p. 012016). IOP Publishing. Retrieved from: https://iopscience.iop.org/

Yan, Q., Liu, K., Zhou, Q., Guo, H., & Zhang, N. (2020, February). Surfingattack: Interactive hidden attack on voice assistants using ultrasonic guided waves. In Network and Distributed Systems Security (NDSS) Symposium. Retrieved from: https://par.nsf.gov/

網站

Meritnation (2022). 關於聲波介質傳播。摘自：https://www.meritnation.com [檢索日期：2022年6月17日]

Technature (2022). 關於聲音的傳播。摘自：http://www.technature.ca/ [檢索日期：2022年6月17日]