Новая кинетическая теория газов вызвала некоторую тревогу в области теории распространения звуков в газах. Едва только в начале шестидесятых годов, наконец, пришли к единогласию по вопросу о поправке Лапласа к формуле Ньютона, как все привычные дедукции снова были поставлены под знак вопроса механической теорией газов. Раньше распространение звука представляли себе, как передачу движения в покоящейся среде; теперь же колебания должны были передаваться от частицы к частице, причем все они сами по себе уже обладали значительными скоростями; поэтому на движения отдельных молекул в газе, проводящем звук, уже нельзя было смотреть исключительно как на звуковые колебания. Но, с другой стороны, нетрудно было сообразить, что в среде, в которой происходят внутренние движения, сгущения и разрежения должны распространяться, как в покоящейся среде. Так, например, если в газе колеблется какая-нибудь плоскость, то при своем движении вперед она будет отражать от себя ударяющиеся об нее молекулы с большею скоростью, чем та, какую они имели в момент удара. Эту увеличенную скорость молекулы при своих столкновениях будут передавать другим молекулам, и эта передача, равно как и уплотнение, вызванное увеличенной скоростью, будет распространяться по всему газу. То же самое будет происходить и с разрежением при попятном движении упомянутой плоскости. Таким образом, все различие в распространении звука по старой и новой теориям будет заключаться лишь в том, что в первой предполагается передача всей скорости, а во второй передача разности скоростей. При этом, однако, остается одно значительное затруднение. Так как передача разностей скоростей происходит благодаря движению газовых частиц, то можно было бы думать, что скорость этой передачи, а значит, и скорость распространения звука должны быть равны скорости движения молекул соответствующего газа, а между тем это, как известно, не соответствует действительности. И. Стефан, первый высказавшийся в литературе о распространении звука с точки зрения новой теории газов, указал на это затруднение уже в 1863 г. По-видимому, — говорит он, — до сих пор никто не обратил внимания на то обстоятельство, что если допустить в газах правильное расположение молекул, как его представлял себе Крениг, то из новой теории газов можно получить для скорости распространения звука ньютоновскую формулу. По этой теории скорость звука должна зависеть от скорости поступательного движения молекул и обе скорости были бы почти равны, если бы скорости всех молекул имели направление, одинаковое с направлением распространения звука. Но если мы представим себе, по Кренигу, пространство разделенным на кубики, в каждом из которых движутся параллельно сторонам кубика только три молекулы, и то же пространство разделенным еще на слои плоскостями, перпендикулярными к диагональным осям кубиков, то движение от слоя к слою будет распространяться лишь со скоростью х=u/ 3, где u обозначает поступательную скорость молекул. Если, далее, мы обозначим через m массу одной молекулы, через v — определенный объем, через n — число молекул в этом объеме и через р — существующее давление, то, по Кренигу и Клаузиусу, pv=mnu2/3. Отсюда, если mn/v, т. е. плотность газа, обозначить через , мы получим формулу Ньютона: х= (p/). Однако этот вывод скорости распространения звука на основе новой теории газов, остававшийся долгое время без изменения, не мог дольше остаться в силе после того, как Клаузиус, Клерк, Максвелл, О. Е. Мейер и Руше отказались от простоты крениговских допущений и даже допустили неравенство скоростей молекул в одном и том же газе. Поэтому Гоорвег попытался построить вывод скорости распространения звука на самых общих основаниях кинетической теории газов, но, в отличие от Стефана, замедление звука по сравнению со скоростью молекул он объяснил потерей времени, испытываемой молекулами при их столкновениях. Тольвер Престон при разработке того же вопроса вернулся, наоборот, к точке зрения Стефана на причину замедления скорости. Вопрос об отношении скорости звука к скорости молекул получил тем больший интерес, что отношение это для всех газов, или, по крайней мере, для газов одинакового молекулярного строения, должно было оставаться приблизительно постоянным и величина его могла послужить для определения скорости звука по скорости движения молекул, и обратно. По Стефану величина этого отношения x/u=1/ 3=0,577. Гоорвег дал для него число 0,649, а Максвелл в связи с работой Престона вывел для него число 0,745. Эти числа, действительно, могли бы послужить хорошей проверкой для соответствующих теорий, если бы только скорость молекул и скорость распространения звука были более точно известны.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ТЕОРИЯ ЗВУКА И КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ» з дисципліни «Історія фізики»
