宅家测量空气中的声速
摘要：宅家测空气中的声速是用驻波法测声速的方法，根据声波在两个换能器多次反射和声波在空气中的衰减,研究共振干涉法测量声速实验中的信号发生器输出信号随接收器到发送器间距离的变化,测出声波的波长,以及声速。
关键词：宅家；驻波法；换能器，共振干涉
一、驻波法测声速的实验原理
声速是描述声波在媒介中传播快慢的一个物理量。测声速有很多方法，测量声速的常用方法有三种，即“相位法”、“驻波法”和“时差法”。我们来单独研究驻波法测声速。经典驻波法测声速实验是根据声波在两个换能器多次反射和声波在空气中的衰减，研究共振干涉法测量声速实验中的信号发生器输出信号随接收器到发送器间距的变化测出声波的波长，以及声速。在某一介质中，同时传播着几列波，当几列波在空间中某点相遇时，相遇处质点的振动位移是各个波单独存在时在该点引起的位移矢量和，即波的叠加原理。一般来说波在某一处叠加时是很复杂的，我们单独研究一种最简单又最重要的情形，即两个频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波源叠加，满足以上条件的波源称为相干波源，由它们发出的叫相干波。在同一直线上，沿相反方向传播时，入射波跟反射波相干叠加形成驻波，反射面处为位移的波节，改变接收器跟发射器的间距Sn。在一系列特定的距离上，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时，Sn等于半波长的整数倍，驻波的幅度达到最大；同时，在接收面上的声压波腹也应达到极大值。不难看出，在移动接收器的过程中，相邻两次达到共振所对应的接收面之间的距离即为半波长。因此，若保持频率v不变，通过测量相邻里两次接收信号达到最大值时接收面之间的距离（lambda;/2），就可以用v＝upsilon;·lambda;计算声速。
二、声速研究的发展历程
1.历史上第一个测出空气中的声速的人，是英国人德罕姆。那是1708年的一天，当时德罕姆站在一座教堂的顶楼，注视着19千米外正在发射的大炮，他计算大炮发出闪光后到听见轰隆声两者之间的时间，经过多次测量后取平均值，得到与现在声速相当接近的数据：在20℃时，声音每秒可跑343米。
2.对声学的系统研究是从17世纪初伽利略研究单摆周期和物体振动开始的。从那时起直到19世纪，几乎所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体的振动和声的产生原理作过贡献，而声的传播问题则更早就受到了注意，几乎2000年前，中国和西方就都有人把声的传播与水面波纹相类比。
3.牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中推理：振动物体要推动邻近媒质，后者又推动它的邻近媒质等等，经过复杂而难懂的推导，求得声速应等于大气压与密度之比的二次方根。欧拉在1759年根据这个概念提出更清楚的分析方法，求得牛顿的结果。但是据此算出的声速只有288米/秒，与实验值相差很大。
4.达朗贝尔于1747年首次导出弦的波动方程，并预言可用于声波。直到1816年，拉普拉斯指出只有在空气温度不变时，牛顿对声波传导的推导才正确，而实际上在声波传播中空气密度变化很快，不可能是等温过程，而应该是绝热过程。因此，声速的二次方应是大气压乘以比热容比(定压比热容与定容比热容的比)与密度之比，据此算出声速的理论值与实验值就完全一致了。
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