Dlaczego dźwięk rozchodzi się szybciej w wodzie niż w powietrzu?

Dźwięk rozchodzi się szybciej w wodzie niż w powietrzu, głównie dlatego, że woda jest gęstsza i ma wyższy moduł objętościowy w porównaniu z powietrzem. Moduł objętościowy jest miarą odporności substancji na ściskanie pod ciśnieniem. W wodzie cząsteczki są bliżej siebie i mogą efektywniej przenosić wibracje, co prowadzi do większej prędkości propagacji dźwięku. W powietrzu cząsteczki są bardziej rozproszone, co skutkuje mniejszą gęstością i mniejszym modułem objętościowym, co spowalnia przenoszenie fal dźwiękowych.

Pod wodą nie słyszymy przede wszystkim dlatego, że nasze uszy są przystosowane do wykrywania fal dźwiękowych przenoszonych przez powietrze, a nie przez wodę. Fale dźwiękowe rozchodzą się w wodzie inaczej ze względu na jej większą gęstość i inną impedancję akustyczną w porównaniu z powietrzem. Pod wodą fale dźwiękowe przemieszczają się sprawniej i na większe odległości, jednak nie docierają łatwo do naszych uszu ze względu na niedopasowanie impedancji i strukturę naszego układu słuchowego, który jest przystosowany do dźwięku przenoszonego przez powietrze.

Dźwięk rozchodzi się szybciej w cieczach niż w gazach, ponieważ ciecze, takie jak woda, mają większą gęstość i moduły objętościowe w porównaniu do gazów, takich jak powietrze. Te właściwości umożliwiają falom dźwiękowym szybsze rozchodzenie się w cieczach, ponieważ cząsteczki są bliżej siebie i mogą przekazywać energię wibracyjną skuteczniej niż w gazach, w których cząsteczki są bardziej rozproszone.

Dźwięk rozchodzi się szybciej w wodzie niż w rtęci, głównie ze względu na różnice w gęstości i module objętościowym pomiędzy obiema cieczami. Woda jest gęstsza i ma wyższy moduł objętościowy w porównaniu do rtęci, co umożliwia szybsze rozprzestrzenianie się fal dźwiękowych w wodzie. Rtęć, ponieważ jest mniej gęsta i ma niższy moduł objętościowy, przesyła fale dźwiękowe z mniejszą prędkością w porównaniu do wody.

Fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości przemieszczają się dalej w wodzie, ponieważ ulegają mniejszemu tłumieniu (utracie energii) na odległość w porównaniu z falami o wysokiej częstotliwości. Zjawisko to zachodzi, ponieważ cząsteczki wody absorbują i rozpraszają wyższe częstotliwości łatwiej niż niższe. W rezultacie dźwięki o niskiej częstotliwości mogą przemieszczać się w wodzie na większe odległości, zanim ich energia ulegnie znacznemu rozproszeniu, dzięki czemu będą wykrywalne na większych dystansach pod wodą.