Động đất có phải là một minh họa tốt về cách sóng âm truyền qua vật chất không?

Và nếu bạn muốn đi sâu vào các khía cạnh khác, vật liệu càng đặc thì sóng truyền càng nhanh và càng xa.

Bản thân nó, mật độ cao hơn làm giảm tốc độ âm thanh/sóng địa chấn.

Tốc độ âm thanh (hoặc nói chung, ít nhất là từ quan điểm địa chấn, sóng p) trong một môi trường là

sqrt((K + 4/3 G)/rho)

trong đó K là mô đun khối lượng, G là mô đun cắt, và rho là mật độ. Mô đun khối lượng là mức độ vật liệu chịu được sự nén. Tương tự, mô đun cắt là mức độ vật liệu chịu được biến dạng cắt. Lưu ý rằng mật độ nằm ở mẫu số. Mật độ cao hơn, tất cả các yếu tố khác bằng nhau, làm giảm tốc độ âm thanh/sóng địa chấn.

Đối với chất lỏng (chất lỏng và khí), không có độ bền cắt, G = 0, vì vậy phương trình trên trở thành

sqrt(K/rho)

Ví dụ, âm thanh truyền nhanh hơn trong nước khoảng hơn 4 lần so với trong không khí. Và truyền nhanh hơn 17 lần trong thép.

Điều này là đúng, nhưng không phải vì sự khác biệt về mật độ, mà là bất chấp điều đó. Tốc độ âm thanh nhanh hơn trong thép so với nước, và nhanh hơn trong nước so với không khí, bởi vì thép cứng hơn nước nhiều, và nước cứng hơn không khí nhiều. Nói cách khác, thép khó nén hơn nước nhiều (việc nó cũng có mô đun cắt khác không làm tăng thêm điều này), và nước khó nén hơn không khí nhiều. Ví dụ, nước chỉ đậm đặc hơn không khí ở mực nước biển khoảng 770 lần, nhưng mô đun khối lượng của nó cao hơn gần 14.000 lần. Vì vậy, tốc độ âm thanh trong nước xấp xỉ sqrt(14.000/770) = 4,3 lần cao hơn trong nước so với trong không khí.

Đối với khí (lý tưởng), với một số phép tính toán và áp dụng định luật khí lý tưởng, ảnh hưởng của áp suất lên mật độ và độ nén triệt tiêu sao cho phương trình tốc độ âm thanh đối với chất lỏng có thể được viết lại ở dạng tương đương

sqrt(gamma * R * T / M)

trong đó gamma là chỉ số đẳng nhiệt (tỷ lệ nhiệt dung), phụ thuộc vào loại khí cụ thể và nhiệt độ của nó; R là hằng số khí lý tưởng, T là nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin), và M là khối lượng mol (trung bình) của khí (hỗn hợp). Đó là, tốc độ âm thanh trong khí (lý tưởng) chỉ phụ thuộc vào thành phần và nhiệt độ của nó. Lý do tốc độ âm thanh thường thay đổi theo độ cao (giảm khi bạn đi lên qua tầng đối lưu) là vì nhiệt độ thay đổi theo độ cao (giảm qua tầng đối lưu).