声速的测量的实验原理和应用_声速史话

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从十七世纪开始,人们为声速的测量做了很多努力,主要使用枪炮声进行测量。


导  读

本篇文章简单介绍历史上为了测量和计算声速的努力,以及声速公式的推导和含义等。


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声速的测量

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因为声音的速度并不是很快,人们从很早就知道声音的传播是需要时间的,并尝试测量声速。

早期的声速测量其实都是在比较光速和声速,一般都是用枪炮来同时发出光和声音,在较远的距离测量闪光和爆炸声的间隔时间来计算声速。鉴于光的传播时间完全可以忽略,且枪炮声基本上是与一般声音的速度相同(实际上比一般声音稍快),这种方法是没有问题的。在克服了计时装置的简陋、风以及空气的温度和湿度等的不确定性影响后,在十八世纪后半叶,声速测量值的误差已经缩小到了0.5 m/s 以内。

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▲ 用枪炮声和计时装置来测量声速的方法存在诸多误差,最大的误差来自计时误差和风速误差,空气湿度也有影响。另外,枪炮声在一开始是较强的爆炸波,速度比一般声速要快一些,不过爆炸波呈球面扩张,迅速衰减成速度接近一般声速的弱激波,只要在距离枪炮足够远的地方测,这种因素带来的误差并不大。

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▲ 测量声速的努力持续了几个世纪,在牛顿时代,声速的测量精确度并不令人满意,到1800年左右,声速的测量精确度已经足够高了。

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