Hitrost zvoka je enaka hitrosti, s katero longitudinalno valovanje širi v določenem mediju, ki proizvajajo zaporednih masažo in razširitve, ki možganih interpretira kot zvok.

Tako zvočni val prevozi določeno razdaljo na enoto časa, kar je odvisno od medija, skozi katerega potuje. Za zvočne valove je potreben materialni material za stiskanje in širitev, ki sta bila omenjena na začetku. Zato se zvok ne širi v vakuumu.

Slika 1. Nadzvočna ravnina, ki lomi zvočno pregrado. vir: pixbay

Ker pa živimo potopljeni v ocean zraka, imajo zvočni valovi medij, v katerem se lahko premikajo, kar omogoča sluh. Hitrost zvoka v zraku pri 20 ° C je približno 343 m / s (1087 ft / s) ali približno 1242 km / h, če vam je ljubše.

Če želite najti hitrost zvoka v mediju, morate vedeti malo o njegovih lastnostih.

Ker je material material izmenično spremenjen, tako da se lahko zvok širi, je dobro vedeti, kako enostavno ali težko ga je deformirati. Te podatke nam ponuja modul stisljivosti B.

Po drugi strani pa bo pomembna tudi gostota medija, označena kot ρ. Vsak medij ima vztrajnost, kar pomeni odpornost proti prehodu zvočnih valov, v tem primeru bo njihova hitrost manjša.

Kako izračunati hitrost zvoka?

Hitrost zvoka v mediju je odvisna od njegovih elastičnih lastnosti in od vztrajnosti, ki jo predstavlja. Naj je hitrost zvoka v, na splošno velja, da:

Hookejev zakon pravi, da je deformacija v mediju sorazmerna z napetostjo, ki se ji nalaga. Konstanta sorazmernosti je natančno modul stisljivosti ali volumetrični modul materiala, ki je opredeljen kot:

Natezanje je DV za spreminjanje glasnosti, deljeno s prvotno prostornino V _o . Ker je razmerje med prostornino, nima velikosti. Znak minus pred B pomeni, da je pri vloženem naporu, ki je povečanje tlaka, končni volumen manjši od začetnega. Z vsem tem dobimo:

V plinu je volumetrični modul sorazmeren tlaku P, pri čemer je konstanta sorazmernosti γ, imenovana adiabatska plinska konstanta. V to smer:

Enote B so enake tistim za tlake. Končno je hitrost kot:

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