Re: [請益] 國中物理問題??請高手出招!!
補充查到的數據:
聲速計算就以上篇的公式來計算囉~
<水中聲速>
The speed of sound in water at 0 oC can be calculated as
c = ((2.06 109 N/m2) / (999.8 kg/m3))1/2
= 1435.4 (m/s)
where
Ev= 2.06 10^9 (N/m2)
and
ρ = 999.8 (kg/m3)
<冰中聲速>
The Young's modulus (E) for ice is 9.1 GPa.
The density of ice (rho) is 916 kg/m^3.
Therefore the speed of sound in ice = sqrt((9.1*10^9)/(9.16*10^5)) which is
approximately 3152 m/s
要知道聲速，Ｂ和ρ２都要考慮進去～
光波和聲波是不同性質的波，所以兩者造成速度差的原因不能互相解釋，
那光波速度是被甚麼影響的呢？我不知道，但是在網路上找了我覺得最好的解釋：
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基本上，光在任何介質中行進遵守Maxwell's Equations所導出的波動方程。由此波動方
程可以知道光速=1/(介電係數*介電常數*真空磁導率)^(1/2)。介電長數和真空磁導率基
本上是常數，差就差在介電係數。介電係數永遠大於1，所以光速永遠小於c。此係數的存
在是因為電場會被介質的極性化抵銷部分正負電荷造成的。
介電係數是什麼?
在任何物質中，假如加入一個電場，物質中的正電荷和負電荷就會照著電場方向稍微分離
，而分離出來的正負電荷，會產生一個與原本加入的電場方向相反的電場，稍微抵銷原本
電場的強度。對於各種不同的物質，正負電荷分開的難易度有很大的差別，抵銷的電場強
度也不同。
而這個結果會使得外加電場在物質中，強度降低，這個降低的比例我們可用一個常數來描
述，這就是介電係數。而介電物質指的就是介電能力與真空不同的物質(嚴格來講所有物
質都多少有些這樣的性質)。
而光，是一種電磁波 ，基本結構是電場變動感應出磁場，感應出的磁場變動在感應出電
場，不斷下去往前進。但事實上在非真空狀況，感應出來的電場會因為介電物質的影響，
使得感應出的電場強度降低。所以在電磁波裡，磁場變動感應電場的過程中，會發現感應
出來的電場比真空中小，因此感應出來的電場變動幅度也會比較小，整體下來的結果就是
會讓光速變慢(這部份必須要用到maxwell方程式才能做比較好的描述)。
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所以如果以上正確的話，光在介質中的波速由介質中的介電係數決定的。
不過，以上不論聲波或是光波，都只談論到如何正確的預測波速大小，用的是數學式，
而影響波速的機制，也就是物理意義，或是圖像化的解釋，我都沒討論到...
因為說實在的，就算"波動的傳遞機制"可以說明清楚，"影響波速的機制"
超出我的大一普物程度...我只能猜猜看，無法確定事實是甚麼。
※ 引述《zamp (燙衣板)》之銘言：
: ※ 引述《thinman (Free...)》之銘言：
: : 問題內容:
: : 學生拿了私校的考古題來問:
: : 關於同溫同壓下的冰和水的比較，內容是屬於正確的有幾項，可是學校老師講的答案中，
: : [聲速為冰較快]、[光速為水較快] 這兩項同時給選進去了
: : 學生的疑問是?
: : 1.比較聲速的情況，不是直接比較密度嗎。這樣的話怎麼不是水比冰快呢???
: : 2.同理在光速上面，結構越密擠，不是光速越慢嗎????
: : 我認知中的思考~~~~聲速真的和密度有直接或是絕對的影響，但是就公式而言
: : 國中真的沒有探討到關於係數和結構的影響。
: : 本人手上也沒有切確的數據~~~~
: : 請求有經驗的大大指教???
: 這題目怪怪的。
: 「同溫同壓下的冰和水」 → 是指冰水共存的平衡狀態嗎？
: 不然不會有同溫的冰和水啊！
: -----------
: 至於聲速的部分應該沒問題。
: 波速 v = (Ｂ/ρ)^0.5
: 其中Ｂ是「體積彈性模量 bulk modulus」，
: Ｂ值越大表示該物質體積越難壓縮，
: 也可以說是該物質越堅硬，或者說物質粒子間的結合力道越強，
: 也因此波的傳遞就會越快。
: 一般來說固體（的Ｂ值）＞液體＞氣體，所以固體（的聲速）＞液體＞氣體。
: 而ρ是物質的密度，同樣是氣體，
: 氦氣與空氣的Ｂ值差異不大，
: 但氦氣的ρ值遠小於空氣，所以氦氣（的聲速）＞空氣。
: 簡言之，有些老師會有「密度大→聲速快」的誤會。
: 其實應該這樣說：
: (1) 越堅硬越難壓縮的物質 → 聲速較快。
: (2) 堅硬程度差不多時，密度小的物質 → 聲速較快。
: ※ 編輯: zamp 來自: 118.170.14.230 (03/03 01:47)
: 推 YmemY:有零度的冰也有零度的水阿 我比較疑惑壓力在這裡的效應是? 03/03 01:47
: → zamp:我是認為溫度與壓力對於固體液體的聲速影響不大 03/03 02:03
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◆ From: 140.112.211.150
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03/03 13:01, , 1F
03/03 13:01, 1F
→
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03/03 13:02, 2F
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