Брзина звука је еквивалентан брзини којом уздужне таласи се простиру у датој медијуму, производећи узастопних компресије и експанзије, које мозга претвара у звук.

Тако звучни талас пређе одређену удаљеност по јединици времена, што зависи од медија кроз који путује. Заиста, звучним таласима је потребан материјални материјал за компресије и ширења која су споменута на почетку. Због тога се звук не шири у вакууму.

Слика 1. Надзвучна равнина која пробија звучну баријеру. извор: пикбаи

Али пошто живимо потопљени у мору ваздуха, звучни таласи имају медијум у коме се могу кретати и то омогућава слух. Брзина звука у ваздуху на 20 ° Ц износи око 343 м / с (1087 фт / с), односно око 1242 км / х, ако више желите.

Да бисте пронашли брзину звука у медијуму, морате мало знати о његовим својствима.

Пошто је материјал материјал наизменично модификован тако да звук може да се шири, добро је знати колико је лако или тешко деформисати га. Модул за стисљивост Б нуди нам ове информације.

С друге стране, густина медијума, која се означава као ρ, такође ће бити релевантна. Било који медијум има инерцију која се претвара у отпорност на пролазак звучних таласа, у том случају ће њихова брзина бити мања.

Како израчунати брзину звука?

Брзина звука у медијуму зависи од његових еластичних својстава и инерције коју представља. Нека је в брзина звука, генерално је тачно да:

Хоокеов закон каже да је деформација у медијуму пропорционална напрезању на које се односи. Константа пропорционалности је управо модул стисљивости или волуметријски модул материјала, који је дефинисан као:

Напрезање је ДВ за промену јачине звука дељено са оригиналном запремином В _о . Како је однос између запремине, недостају му и димензије. Знак минус пред Б значи да је уз уложени напор, а то је повећање притиска, крајња запремина мања од почетне. Уз све то добијамо:

У гасу је волуметријски модул пропорционалан притиску П, при чему константа пропорционалности износи γ, назива се адијабатска константа гаса. На овај начин:

Јединице Б исте су као и јединице за притисак. Коначно брзина је:

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