Молекулярна акустика, розділ фізичною акустики, в якому властивості речовини і кінетика молекулярних процесів досліджуються акустичними методами. Основними методами М. а. є вимір швидкості звуку і поглинання звуку і залежностей цих величин від різних фізичних параметрів: частоти звукової хвилі, температури, тиску і ін. Методами М. а. можна досліджувати гази, рідини, полімери, тверді тіла, плазму.
Розвиток М. а. як самостійного розділу почалося в 30-і роки 20 ст, коли було встановлено, що в багатьох речовинах при поширенні в них звукових хвиль має місце дисперсія швидкості звуку (див. Дисперсія звуку ), а поглинання звуку не описується класичним законом, по якому коефіцієнт поглинання пропорційний квадрату частоти. Ці аномалії були пояснені на підставі вивчення релаксаційних процесів (див. Релаксація ) , що дозволило зв'язати деякі властивості речовини на молекулярному рівні, а також ряд кінетичних характеристик молекулярних процесів з такими макроскопічними величинами, як швидкість і поглинання звуку.
За швидкістю звуку можна визначити такі характеристики речовини, як стисливість, відношення теплоємкостей, пружні властивості твердого тіла і ін., а по поглинанню звуку — значення сдвігової і об'ємної в'язкості, час релаксації і ін. У газах, вимірюючи швидкість звуку і її залежність від температури, визначають параметри, що характеризують взаємодію молекул газу при зіткненнях. У рідині, обчислюючи швидкість звуку на підставі тієї або іншої моделі рідини і порівнюючи результати розрахунку з дослідними даними, у ряді випадків можна оцінити правдоподібність використовуваної моделі і визначити енергію взаємодії молекул. На швидкість звуку впливають особливості молекулярної структури, сили міжмолекулярної взаємодії і щільність упаковки молекул. Так, наприклад, збільшення щільності упаковки молекул, поява водневих зв'язків полімеризація приводять до збільшення швидкості звуку, а введення в молекулу важких атомів — до її зменшення.
За наявності релаксаційних процесів енергія поступальної ходи молекул, яку вони отримують в звуковій хвилі, перерозподіляється на внутрішні міри свободи. При цьому з'являється дисперсія швидкості звуку, а залежність твору коефіцієнта поглинання на довжину хвилі від частоти має максимум на деякій частоті називається частотою релаксації. Величина дисперсії швидкості звуку і величина коефіцієнта поглинання залежать від того, які саме міри свободи збуджуються під дією звукової хвилі, а частота релаксації, рівна зворотному значенню часу релаксації, зв'язана із швидкістю обміну енергією між різними мірами свободи. Т. о., вимірюючи швидкість звуку і поглинання залежно від частоти і визначаючи час релаксації, можна судити про характер молекулярних процесів і про те, який з цих процесів вносить основний вклад в релаксацію. Цими методами можна досліджувати збудження коливальних і обертальних мір свободи молекул в газах і рідинах, процеси зіткнення молекул в сумішах різних газів, встановлення рівноваги при хімічних реакціях, перебудову молекулярної структури в рідинах, процеси сдвігової релаксації в дуже в'язких рідинах і полімерах, різні процеси взаємодії звуку з елементарними збудженнями у твердих тілах і ін.
Аналіз акустичних даних для рідин зазвичай проводити важче, ніж для газів, оскільки область релаксації тут, як правило, лежить в діапазоні вищих частот, що вимагає складніших вимірів. У дуже в'язких рідинах, полімерах і деяких інших речовинах в поглинання і дисперсію може давати вклад цілий набір релаксаційних процесів з широким спектром часів релаксації. Оскільки час релаксації залежить від температури і тиску, міняючи ці параметри, можна зрушувати по частоті область релаксації. Так, наприклад, в газі підвищення тиску газу еквівалентне зменшенню частоти. Це буває зручно використовувати при вимірі швидкості і поглинання звуку, якщо частота релаксації за нормальних умов опиняється в тому діапазоні частот, який насилу піддається експериментальному дослідженню. Вивчення температурних залежностей швидкості і поглинання звуку дозволяє розділити вклад різних релаксаційних процесів.
В М. а. для досліджень зазвичай застосовується ультразвук ; в газах — в діапазоні частот 10 4 —10 5 гц, а в рідинах і твердих тілах — в діапазоні 10 5 —10 8 гц. Це зв'язано як з високим розвитком техніки випромінювання і прийому ультразвука і з великою точністю вимірів в цьому діапазоні частот, так і з тим, що робота на нижчих частотах зажадала б дуже великих об'ємів досліджуваної речовини, а на вищих частотах поглинання звуку стає настільки великим, що багато акустичних методів виявляються непридатними.
Літ.: Міхайлов І. Р., Солов'ї в Ст А., Сирників Ю. П., Основи молекулярної акустики, М., 1964; Фізична акустика під ред. В. Мезона, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 2, ч. А, М., 1968, т. 4, ч. А і Б, М., 1970; Бергман Л., Ультразвук і його вживання в науці і техніці, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1956; Herzfeld K. F., Litovitz Т. A., Absorption and dispersion of ultrasonic waves, N. Y. — L., 1959.
