mały|F/A-18 Hornet przełamuje barierę dźwięku Prędkość dźwięku w określonym ośrodku – prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego (fali sprężystej).
Opis Prędkość dźwięku w substancjach zależy od prędkości przekazywania kolejnym cząsteczkom tej substancji energii drgań cząsteczek. Dla małych natężeń dźwięku prędkość związana z ruchem drgającym jest znacznie mniejsza od prędkości ruchu cieplnego cząsteczek, dlatego prędkość dźwięku nie zależy od jego natężenia ani od częstości drgańMaria Kapuścińska, Fizyka. Podręcznik dla studentów farmacji, Warszawa 1982, wyd. 4 popr. i uzup., , s. 128..
W powietrzu, w temperaturze 15 °C, prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 340,3 m/s ≈ 1225 km/h. Prędkość ta zmienia się przy zmianie parametrów powietrza.
+ Prędkość dźwięku przy różnych temperaturach powietrzaStanisław Golachowski, Mieczysław Drobner, Akustyka muzyczna, Polskie Wydawnictwo Muzyczne, Kraków 1953, s. 19. Temperatura (°C) Prędkość (m/s) –40 306,5 –30 312,9 –20 319,3 –10 325,6 0 331,8 10 337,8 15 340,3 20 343,8 30 349,6 40 355,3
Najważniejszym czynnikiem wpływającym na prędkość dźwięku w powietrzu jest temperatura, w niewielkim stopniu ma wpływ wilgotność powietrza. Nie zauważa się, zgodnie z przewidywaniami modelu gazu doskonałego, wpływu ciśnienia.
Zależność od stanu ośrodka Gazy Dla gazu doskonałego prędkość wynosi:
gdzie wykładnik adiabaty
jest stosunkiem ciepła właściwego gazu pod stałym ciśnieniem Cp do jego ciepła właściwego w stałej objętości Cv, przy czym
Zaś iloraz p/ρ jest stosunkiem ciśnienia p gazu w stanie niezakłóconym do jego gęstości ρ, równym:
gdzie: R – stała gazowa, T – temperatura bezwzględna, kB – stała Boltzmanna m – masa molowa, μ – masa cząsteczkowa.
Doświadczalny wzór określający zależność prędkości dźwięku w suchym powietrzu (wilgotność równa zero) od temperatury dana jest przybliżonym wzorem:
gdzie: – prędkość dźwięku [m/s], – temperatura [°C].
Wzór ten jest przybliżeniem wzoru wynikającego z równania gazu doskonałego:
Inne substancje W cieczach oraz ciałach stałych prędkość dźwięku jest większa niż w gazach. W środowiskach izotropowych w ciałach stałych
gdzie E jest modułem Younga, ρ gęstością; w cieczach
gdzie K stanowi współczynnik sprężystości objętościowej.
Historia Pierwszego przybliżonego pomiaru prędkości dźwięku w powietrzu dokonał Marin Mersenne około 1636Artykuły: W świecie fal, Akustyka, Dźwięk..
Zależność od materiału Prędkość rozchodzenia się dźwięku w różnych ośrodkach: +materiałprędkość (m/s)guma17–30chlor206dwutlenek węgla259powietrze340korek500hеl965etanol1180wodór1284rtęć1500woda1500ołów2100ebonit2400lód3300mosiądz4300beton3800sosna4760jodła4890stal5100–6000szkło6000aluminium6300diament18 000
Fale MHD Podłużne zaburzenia gęstości plazmy (podłużne fale MHD) bywają nazywane przez astrofizyków dźwiękiem. Fala taka w warunkach małej koncentracji może uzyskiwać znaczne prędkości, np. w: otoczeniu Słońca – 10 000 m/sThe heliosphere-interstellar medium interaction: One shock or two? w ośrodku międzygwiazdowym – 100 000 m/sRadio Emission from Normal Galaxies.
Zobacz też
bariera dźwięku fale akustyczne liczba Macha William Derham
Przypisy
Bibliografia
Prędkość dźwięku w różnych ośrodkach
Kategoria:Dynamika płynów Kategoria:Jednostki prędkości Kategoria:Dźwięk