و سرعة الصوت أي ما يعادل السرعة التي تنتشر الموجات الطولية في وسط معين، إنتاج الضغط المتعاقبة والتوسعات، والتي تفسر الدماغ على أنها سليمة.

وبالتالي ، تنتقل الموجة الصوتية مسافة معينة لكل وحدة زمنية ، والتي تعتمد على الوسيط الذي تنتقل عبره. في الواقع ، تتطلب الموجات الصوتية وسيطًا ماديًا لحدوث الضغط والتمددات المذكورة في البداية. لهذا لا ينتشر الصوت في الفراغ.

الشكل 1. طائرة أسرع من الصوت تكسر حاجز الصوت. المصدر: pixbay

ولكن نظرًا لأننا نعيش مغمورًا في محيط من الهواء ، فإن للموجات الصوتية وسيلة تتحرك فيها وتسمح بالسمع. تبلغ سرعة الصوت في الهواء عند 20 درجة مئوية حوالي 343 م / ث (1087 قدم / ث) ، أو حوالي 1242 كم / ساعة إذا كنت تفضل ذلك.

للعثور على سرعة الصوت في الوسط ، عليك أن تعرف القليل عن خصائصه.

نظرًا لتعديل وسط المادة بالتناوب حتى ينتشر الصوت ، فمن الجيد معرفة مدى سهولة أو صعوبة تشويهه. توفر لنا وحدة الانضغاط B هذه المعلومات.

من ناحية أخرى ، ستكون كثافة الوسط ، المشار إليها بـ ρ ، ذات صلة أيضًا. أي وسيط لديه قصور ذاتي يترجم إلى مقاومة لمرور الموجات الصوتية ، وفي هذه الحالة ستكون سرعتها أقل.

كيف تحسب سرعة الصوت؟

تعتمد سرعة الصوت في الوسط على خصائصه المرنة والقصور الذاتي الذي يقدمه. دع v تكون سرعة الصوت ، بشكل عام صحيح أن:

ينص قانون هوك على أن التشوه في الوسط يتناسب مع الضغط المطبق عليه. ثابت التناسب هو بالضبط معامل الانضغاط أو المعامل الحجمي للمادة ، والذي يعرف بأنه:

الإجهاد هو تغيير الحجم DV مقسومًا على الحجم الأصلي V _o. نظرًا لأنها النسبة بين الأحجام ، فإنها تفتقر إلى الأبعاد. تعني علامة الطرح قبل B أنه مع الجهد المبذول ، وهو زيادة الضغط ، يكون الحجم النهائي أقل من الحجم الأولي. مع كل هذا نحصل على:

في الغاز ، يتناسب المعامل الحجمي مع الضغط P ، حيث يكون ثابت التناسب γ ، ويسمى ثابت الغاز الثابت. في هذا الطريق:

وحدات B هي نفس وحدات الضغط. أخيرًا السرعة كما يلي:

Sonido y temperatura

De lo dicho anteriormente se desprende que la temperatura es realmente un factor determinante en la velocidad del sonido en un medio.

A medida que la sustancia se calienta, sus moléculas adquieren mayor rapidez y son capaces de colisionar con mayor frecuencia. Y mientras más colisionen, mayor será la velocidad del sonido en su interior.

Usualmente interesan mucho los sonidos que viajan por la atmósfera, ya que en esta nos encontramos inmersos y pasamos la mayor parte del tiempo. En tal caso la relación entre la rapidez del sonido y la temperatura es la siguiente:

331 m/s es la velocidad del sonido en el aire a 0 º C. A 20 º C,que equivalen a 293 kelvin, la velocidad del sonido es 343 m/s, como se mencionó al comienzo.

El número de Mach

El número Mach es una cantidad sin dimensiones que viene dada por el cociente entre la velocidad de un objeto, generalmente un avión, y la velocidad del sonido. Es muy conveniente para saber lo rápido que se mueve una aeronave con respecto al sonido.

Sea M el número Mach, V la velocidad del objeto -la aeronave-, y v_s la velocidad del sonido, tenemos:

Por ejemplo, si una aeronave se mueve a Mach 1, su velocidad es la misma que la del sonido, si se mueve a Mach 2 es el doble y así sucesivamente. Algunos aviones militares experimentales no tripulados incluso han llegado a Mach 20.

Velocidad del sonido en diferentes medios (aire, acero, agua…)

Casi siempre el sonido viaja más deprisa en los sólidos que en los líquidos, y a su vez es más rápido en los líquidos que en los gases, aunque hay algunas excepciones. El factor determinante es la elasticidad del medio, que es mayor conforme aumenta la cohesión entre los átomos o las moléculas que lo conforman.

Por ejemplo, en el agua el sonido se desplaza con más rapidez que en el aire. Esto se advierte de inmediato al sumergir la cabeza en el mar. Los sonidos de los motores de las embarcaciones lejanas se aprecian con más facilidad que al estar fuera del agua.

A continuación la velocidad del sonido para distintos medios, expresada en m/s:

• Aire (0 ºC): 331
• Aire (100 ºC): 386
• Agua dulce (25 ºC): 1493
• Agua de mar (25 ºC): 1533

Sólidos a temperatura ambiente

• Acero (Carbono 1018): 5920
• Hierro dulce: 5950
• Cobre: 4660
• Cobre enrollado: 5010
• Plata: 3600
• Vidrio: 5930
• Poliestireno: 2350
• Teflón: 1400
• Porcelana: 5840

Referencias

1. Elcometer. Tabla de velocidades para materiales predefinidos. Recobrado de: elcometer.com.
2. NASA. Speed of sound. Recobrado de: nasa.gov
3. Tippens, P. 2011. Física: Conceptos y Aplicaciones. 7ma Edición. McGraw Hill
4. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentos de Física. 9^na Ed. Cengage Learning.
5. Universidad de Sevilla. Número de Mach. Recuperado de: laplace.us.es