Скорость задаёт не одна плотность
Звуковая волна — это чередование сжатий и разрежений. Частицы среды лишь немного смещаются туда-сюда, передавая соседям изменение давления; сами они не плывут вместе со звуком через весь бассейн или океан.
Скорость такой волны зависит от двух свойств среды: насколько она сопротивляется сжатию и насколько велика её плотность. Первое помогает передавать возмущение, второе — мешает быстро разгонять частицы. В упрощённом виде скорость определяется отношением упругости среды к её плотности.
Почему вода выигрывает у воздуха
Вода гораздо плотнее воздуха, а значит, её частицы труднее сдвинуть. Но сжать воду настолько трудно, что этот эффект перевешивает её плотность: возникшее давление быстро подталкивает соседние участки. Воздух, напротив, легко сжимается, поэтому в нём волне требуется больше времени, чтобы передать такое же возмущение на расстояние.
Это объясняет, почему сравнение только по плотности вводит в заблуждение. Плотная среда не обязательно медленная: важно, насколько сильнее её сопротивление сжатию по сравнению с инерцией частиц.
Что меняется под водой
Подводный звук может достигать слушателя иным путём, чем звук в воздухе: волна распространяется в воде, а не проходит через воздушное пространство между источником и ухом. Поэтому под водой звуки способны казаться близкими, даже если их источник находится далеко. А цифра около 1500 м/с — не универсальная константа: скорость зависит, в частности, от температуры и давления воды.
Так что главный парадокс разрешается простым балансом: вода плотнее воздуха, но намного труднее сжимается — и именно это ускоряет передачу звука.
