Designing Sound

3.2 Materials
13
compounds with high melting points, metals, liquid and solid compounds with
low melting points, organic compounds like oils and plastics, and large molec-
ular compounds like cellulose and rubber. Each molecule is held in space by a
Table 3.1
Material bonds.
Type
Example
Youngs Modulus GPa
Covalent
Crystalline solids
200–1000
Metallic
Metals
60–200
Ionic
Soluble minerals
30–100
Hydrogen bond
Plastics
2–10
Van der Walls
Rubber, Wood
1–5
balance of electrostatic bonding forces that mutually attract and repel it from
its neighbours. Newton’s third law helps us understand why this affects sound.
For every action there is an equal and opposite reaction. Written as
F
a
=
−
F
b
,
this means that because they are bonded together, if molecule
a
exerts a force
on another one
b
, then
b
will provide an equal force in the opposite direction
back to
a
to compensate. If one molecule gets too far from its neighbour it will
be pulled back, and likewise it will be pushed away if two get too close. Thus
sound travels through materials by causing a cascade of moving masses within
this electrostatic bonding structure. The closer the molecular masses, and the
more strongly bonded, the better and faster sound moves through something.
It moves through steel very well, and quickly, at about 5000m
/
s, because iron
atoms are packed close together and are well connected. Temperature affects
the bonding, and sound obviously changes as state goes from solid, to liquid,
and then to a gas. Ice sounds quite different from water. In carbon dioxide gas
where the forces between distant molecules are relatively weak we find sound
moves slowly at 259m
/
s. Of the 118 common elements, 63 are metals. That
accounts for a wide range of physical properties, and more so if we allow alloys.
Most metals are elastic, hard, dense, and acoustically very conductive.