Prędkość dźwięku

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Prędkość dźwięku w określonym ośrodku – prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego (fali sprężystej)[1].

Opis[edytuj | edytuj kod]

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 drgań[2].

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 powietrza[3]
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[edytuj | edytuj kod]

Gazy[edytuj | edytuj kod]

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:

(R stała gazowa, T temperatura absolutna w skali Kelvina, kB stała Boltzmanna, m masa molowa, μ masa cząsteczkowa).

Doświadczalna formuła określająca zależność prędkości dźwięku w suchym (wilgotność równa zero) powietrzu dana jest przybliżonym wzorem:

gdzie:

v – prędkość dźwięku,
θ – temperatura w stopniach Celsjusza [°C].

Wzór ten jest przybliżeniem wzoru wynikającego z równania gazu doskonałego:

Inne substancje[edytuj | edytuj kod]

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 moduł ściśliwości[4].

Historia[edytuj | edytuj kod]

Pierwszego przybliżonego pomiaru prędkości dźwięku w powietrzu dokonał Marin Mersenne około 1636[5].

Zależność od materiału[edytuj | edytuj kod]

Prędkość rozchodzenia się dźwięku w różnych ośrodkach:

materiał prędkość (m/s)
guma 17–30
chlor 206
dwutlenek węgla 259
powietrze 340
korek 500
hеl 965
etanol 1180
wodór 1284
rtęć 1500
woda 1500
ołów 2100
ebonit 2400
lód 3300
mosiądz 3500
beton 3800
sosna 4760
jodła 4890
stal 5100–6000
szkło 6000
aluminium 6300
diament 18 000

Fale MHD[edytuj | edytuj kod]

Podłużne zaburzenia gęstości plazmy (podłużne fale MHD) bywają nazywane przez astrofizyków dźwiękiem. Fala taka w warunkach małej koncentracji może uzyskiwać znaczne prędkości, np. w:

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. prędkość dźwięku, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2021-10-15].
  2. Maria Kapuścińska, Fizyka. Podręcznik dla studentów farmacji, Warszawa 1982, wyd. 4 popr. i uzup., ​ISBN 83-200-0687-2​, s. 128.
  3. Stanisław Golachowski, Mieczysław Drobner, Akustyka muzyczna, Polskie Wydawnictwo Muzyczne, Kraków 1953, s. 19.
  4. Tamże, s. 127, 128.
  5. Artykuły: W świecie fal, Akustyka, Dźwięk.
  6. The heliosphere-interstellar medium interaction: One shock or two?
  7. Radio Emission from Normal Galaxies.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]