声波能使什么产生振动,声波一般向什么方向传播

  

     

  

  声音的传播需要介质,如空气、水和铁。但是光不需要介质来传播,它们可以在真空中传播。那么,声音和光有什么区别呢?为什么声音不能在真空中传播,而光可以?   

  

  

声波

  

  

  声音其实属于机械波,其本质是机械振动的传递,这种传递依赖于介质。当物体振动时,比如敲桌子,这种振动会带动空气中的分子有规律地振动,因而声波会在空气中传播。如果没有介质,振动无法传播,所以声音在真空中无法传播。   

  

     

  

  一般来说,物质的密度和温度越高,声音传播越快。声音的传播速度在0空气中为331米/秒,在25空气中为346米/秒,在水中为1500米/秒,在铁中为5190米/秒,在真空中为0米/秒。   

  

  另外,力的传播也是机械波的一种形式,本质上是一种物质的原子之间的电磁力。它的传播速度与声音在材料中的传播速度相同。举个例子,力在一根铁棒中的传播速度是5190m/s,因此,如果有人推一根铁棒只要1光年,铁棒就不会立刻移动。只有当力以5190米/秒的速度行进到1光年外的另一端时,铁棒才会移动。根据计算,铁棒将在大约57763年后移动。   

  

  

光如何产生?

  

  

  光和声音不一样。前者可以在没有介质的真空中传播。本质上,光也是一种波,它们统称为电磁波。那么,电磁波是如何产生的呢?   

  

     

  

  光的产生与电子的运动有关。当原子核周围的电子吸收能量后,会跳到不稳定的较高能级,然后辐射电磁波,从而跳回较低能级,达到稳定状态。   

  

     

  

  在这些电磁波中,有些波段是在可见光波段,人眼可以感知,我们可以看到明亮的光。这就是木头燃烧发光的原理。还有更长或更短波长的电磁波,如无线电波和伽马射线,肉眼看不见,但可以通过其他观测设备探测到。   

  

  

光是什么?

  

  

  根据麦克斯韦电磁场方程,光是电磁波,其本质是交变的电场和磁场。变化的电场会产生磁场,磁场又会产生电场,电场会形成电磁波。电磁场的既定速度就是光速,也就是光的传播速度。   

  

     

  

  根据量子力学,光具有波粒二象性,它们也可以表现出粒子性。光被认为是由光子组成的。根据爱因斯坦的狭义相对论,光子一旦产生,就会以光速运动,因为它们的静止质量为零。根据粒子物理的标准模型,当光子穿过希格斯场时,不会发生相互作用,它们的传播速度不会变慢,因此可以光速传播。   

  

  正因为如此,光前进不需要能量。光产生后,可以以光速无限传播,即使光源消失,只要光没有被物质完全吸收。要知道,138亿年前宇宙产生的光还在太空中继续传播,未来也不会完全消失。   

  

  

为什么光的传播无需介质?

  

  

     

  

  如上所述,电场和磁场的交替变换产生了光。而电场和磁场的存在不需要介质。它们可以单独存在于太空中,所以光的传播不需要介质。在太空中,宇航员之间的交流依靠的是可以在真空中传播的电磁波,而不是直接大喊大叫。   

  

  如果,在介质中,带电粒子会与光子相互作用,吸收并重新释放光子,这将导致光的传播速度似乎降低。但实际上电磁场的建立速度仍然是光速,只是因为带电粒子的影响,使得光速看起来变慢了。当光子穿过介质进入真空时,其速度又会变成光速。   

  

     

  

  除了光波以光速传播,引力波也以光速传播。根据爱因斯坦的广义相对论,任何质量物体的加速运动都会扰动空间,产生被称为引力波的时空涟漪。引力波是时空结构的变化,不依赖于时空中的任何东西,所以引力波在任何介质中都是以光速传播的,可以在真空中传播。   

  

  

总结

  

  

  声音是机械波,机械振动的传递依赖于介质。在没有介质的真空中,由于振动不能传递,声音也不能传递。另一方面,光是由交变电场和磁场产生的电磁波。因为电磁场可以直接存在于空间中,所以光可以在真空中传播。   

相关文章