Äänen nopeus on sama kuin nopeus, jolla pitkittäinen aallot etenevät tietyssä väliaineessa, jotka tuottavat peräkkäisiä painelu ja laajennuksia, jossa aivot tulkitsee äänenä.

Ääniaalto kulkee siten tietyn matkan aikayksikköä kohti, mikä riippuu väliaineesta, jonka läpi se kulkee. Ääniaallot todellakin vaativat materiaaliväliaineen, jotta alussa mainitut pakkaukset ja laajennukset tapahtuisivat. Siksi ääni ei leviä tyhjiössä.

Kuva 1. Ääniestettä rikkova ylääänitaso. lähde: pixbay

Mutta koska elämme vedenalaisessa ilmameressä, ääniaalloilla on väline, jolla liikkuu, ja se mahdollistaa kuulon. Äänen nopeus ilmassa 20 ° C: ssa on noin 343 m / s (1087 ft / s) tai noin 1242 km / h, jos haluat.

Jos haluat löytää äänen nopeuden medialta, sinun on tiedettävä vähän sen ominaisuuksista.

Koska materiaalia muokataan vuorotellen siten, että ääni voi levitä, on hyvä tietää, kuinka helppo tai vaikea sen muodonmuutos on. Pakattuvuusmoduuli B tarjoaa meille nämä tiedot.

Toisaalta väliaineen tiheydellä, jota merkitään ρ, on myös merkitystä. Millä tahansa väliaineella on hitaus, joka muuttuu äänen aaltojen läpikulun vastustuskyvyksi, jolloin niiden nopeus on pienempi.

Kuinka laskea äänen nopeus?

Äänen nopeus väliaineessa riippuu sen elastisista ominaisuuksista ja sen aiheuttamasta hitaudesta. Olkoon v äänen nopeus, yleensä on totta, että:

Hooken lain mukaan väliaineen muodonmuutos on verrannollinen siihen kohdistuvaan rasitukseen. Suhteellisuusvakio on tarkalleen materiaalin puristuskerroin tai tilavuuskerroin, joka määritetään seuraavasti:

Kanta on DV: n äänenvoimakkuuden muutos jaettuna alkuperäisellä tilavuudella V _o. Koska se on tilavuuksien välinen suhde, siitä puuttuvat mitat. Miinusmerkki ennen B tarkoittaa, että tehdyllä työllä, joka on paineen nousu, lopullinen tilavuus on pienempi kuin alkuperäinen. Tämän kaiken avulla saamme:

Kaasussa tilavuuskerroin on verrannollinen paineeseen P suhteellisuusvakion ollessa γ, jota kutsutaan adiabaattiseksi kaasuvakioksi. Tällä tavoin:

B: n yksiköt ovat samat kuin paineen yksiköt. Lopuksi nopeus on seuraava:

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