소리의 속도는 종파 연속 압박 및 확장 제조 주어진 매질에서 전파하는 속도, 소리 등의 뇌를 해석하는 것과.

따라서 음파는 이동하는 매체에 따라 단위 시간당 특정 거리를 이동합니다. 사실, 음파는 처음에 언급 된 압축과 팽창이 일어나기 위해 재료 매체를 필요로합니다. 그것이 소리가 진공 상태에서 전파되지 않는 이유입니다.

그림 1. 방음벽을 깨는 초음속 비행기. 출처 : pixbay

그러나 우리는 공기의 바다에 잠겨 살기 때문에 음파는 움직일 수있는 매개체를 가지고있어들을 수 있습니다. 20ºC에서 공기 중 음속은 약 343m / s (1087ft / s) 또는 원하는 경우 약 1242km / h입니다.

매체에서 소리의 속도를 찾으려면 그 속성에 대해 조금 알아야합니다.

재료 매체는 소리가 전파 될 수 있도록 교대로 수정되기 때문에 변형이 얼마나 쉬운 지 또는 어려운지 아는 것이 좋습니다. 압축성 모듈 B는이 정보를 제공합니다.

반면에 ρ로 표시되는 매체의 밀도도 관련이 있습니다. 모든 매체에는 음파의 통과에 대한 저항으로 변환되는 관성이 있으며,이 경우 속도가 느려집니다.

소리의 속도를 계산하는 방법?

매체에서 소리의 속도는 탄성 속성과 그것이 나타내는 관성에 따라 다릅니다. v를 소리의 속도라고합시다. 일반적으로 다음은 사실입니다.

Hooke의 법칙은 매체의 변형이 적용된 응력에 비례한다고 말합니다. 비례 상수는 정확하게 재료의 압축성 계수 또는 체적 계수이며, 다음과 같이 정의됩니다.

스트레인은 볼륨 변화 DV를 원래 볼륨 V _o로 나눈 값 입니다. 볼륨 간의 비율이므로 크기가 부족합니다. B 앞의 마이너스 기호는 압력이 증가하는 노력으로 최종 볼륨이 초기 볼륨보다 적음을 의미합니다. 이 모든 것을 통해 우리는 다음을 얻습니다.

기체에서 체적 계수는 압력 P에 비례하며 비례 상수는 γ이며 단열 기체 상수라고합니다. 이런 식으로:

B의 단위는 압력의 단위와 동일합니다. 마지막으로 속도는 다음과 같습니다.

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