声音的速度

在十七世纪，各种与声学有关的问题中，最引起注意的是声速(286)问题。这方面最早的实验似乎是皮埃尔·伽桑狄（1592—1655）做的。他是由于研究音调而引向搞这个问题的。按照亚里士多德的观点，高音通过空气的

速度比低音快。伽桑狄的实验证明这个观点是错误的。一门大饱和一支步枪向远方某处射击，一些观察者处于适当的位置进行观察；伽桑狄测量了从他们看到闪光到听到声音所过去的时间。他把大炮（或步枪）与观察者的距离除以看到闪光和听到爆炸的时间间隔，便得出了声速。这速度在两种情形里显得相等，都等于每秒 1，473 巴黎尺。这个结果大大偏高。默森反复做了这个实验，最后获得稍好一点的结果即每秒 1，380 英尺。约莫二十年以后即1656 年，波雷里和维维安尼也做了类似的实验，获得了更低的声速即每秒 1，

077 英尺。十七世纪和十八世纪初获得的其他值为：罗伯侍·玻义耳：1，126 巴黎尺；卡西尼、惠更斯、皮卡尔和勒麦：1，097；弗拉姆斯提德和哈雷：1， 071。牛顿继续研究了这个问题，但他不是做实验，而是从力学或者说数理物理学。观点出发，得出了一个把空气中的声速（v）和空气的弹性(e)与密度

（d）联结起来的方程：v＝ e / d（Principia,BookII，8）。按照这个公式， 对于适中的温度，这声速应为每秒 906 巴黎尺，而这太低了。象拉格朗日后来所指出的那样，这公式假定空气弹性完全同空气压力成正比，而没有考虑到因声音传过空气时引起的热变化所造成的弹性变化。后来拉普拉斯作了这一修正，由此修改了这个方程（ Ann. de Chimie,1816 ， and Mecamique Celeste，Book XII）。1738 年，巴黎科学院任命的一个测定空气声速的委员会，测得声速的值为每秒 1 ， 038 巴黎尺（ Mem.de l'Acad. des Sciences,1738）。这些有关声速的实验大都没有或者很少注意诸如温度变化和风向等因素的影响。然而，其他一些实验特别研究了这些因素，尽管并未取得很大成功。

伽桑狄的观察引导他得出否定的结果：风向不影响声速，不管(287)风吹的方向和声音行进的方向相同还是相反，声速都一样。他错了。波雷里和维维安尼也错了，他们也得出这种否定的结果。然而，威廉·德勒姆（1657— 1735）在 1705 年纠正了这个错误，他发现，风向对声速有影响（Phil.Trans，

1708，Vol.XXVI，pp.1—35）。

温度变化对声速的影响，显然一直没有人仔细研究过。直到 1740 年，才有毕安可尼在波洛尼那做了一些这方面的实验。当大炮在波洛尼那射击时， 毕安可尼在三十英里远的圣乌尔比诺观察，他用一个摆测量看到闪光和听到轰鸣之间的时间间隔。他发现，夏天温度为 28°R 时，摆在这个时间里摆动76 次；而冬天温度为－1.2° R 时，它摆动 79 次。他得出结论：温度升高使声速提高（Delladiversa velocità，del suono，1746）。拉孔达明同年在基多也研究了声速，得出声速为每秒 339 米。1744 年，他在气温远比基多高的卡宴做了同样的实验，得出声速为每秒 357 米，从而证实了毕安可尼的一般结论。

德勒姆提出过把有关声速的知识付诸实用的至少一种方法。他指出，一当我们知道了声速，我们就可以估计一个暴风雨区的距离, 只要记下我们看到 闪 电 和 听 到 雷 鸣 的 时 间 间 隔 即 可 （ Phil.Trans .,1708,

Vol.XXVI,NO.313）。

德勒姆还曾试图确定温度变化、风向和大气湿度对声强的影响。不过， 他得出的结果比较含糊。他笼统地发现，声音在夏天比冬天弱；声音在刮东风和北风时比剖西风时更强、更尖厉；火器的声响在潮湿天并不减弱，而晴朗干燥的天气里有时只能勉强听到（同上）。