מהירות הקול היא שווה ערך ל המהירות שבה גלים אורכיים להפיץ במדיום נתון, הפקת לחיצות והרחבות רצופות, שבה מפרש המוח כמו צליל.

כך, גל הקול נוסע מרחק מסוים ליחידת זמן, התלוי במדיום שדרכו הוא נוסע. אכן, גלי קול דורשים מדיום חומרי עבור הלחיצות וההרחבות שהוזכרו בתחילת הדרך. זו הסיבה שהצליל לא מתפשט בוואקום.

איור 1. מישור קולי שובר את מחסום הקול. מקור: Pixbay

אך מכיוון שאנו חיים שקועים באוקיאנוס של אוויר, לגלי הקול יש אמצעי לנוע וזה מאפשר שמיעה. מהירות הצליל באוויר בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס היא כ 343 מ '/ ש (1087 ft / s), או כ 1242 קמ"ש אם אתה מעדיף.

כדי למצוא את מהירות הצליל במדיום, עליכם לדעת מעט על תכונותיו.

מכיוון שהמדיום החומרי משתנה לסירוגין כך שהצליל יוכל להתפשט, טוב לדעת כמה קל או קשה לעוות אותו. מודול הדחיסה B מציע לנו מידע זה.

מצד שני, צפיפות המדיום, המכונה ρ, תהיה רלוונטית גם היא. לכל מדיום יש אינרציה המתורגמת להתנגדות למעבר גלי קול, ובמקרה זה המהירות שלהם תהיה נמוכה יותר.

כיצד לחשב את מהירות הצליל?

מהירות הצליל במדיום תלויה בתכונות האלסטיות שלו ובאינרציה שהוא מציג. תן v להיות מהירות הצליל, באופן כללי זה נכון:

החוק של הוק קובע כי העיוות במדיום פרופורציונאלי למתח המופעל עליו. קבוע המידתיות הוא בדיוק מודול הדחיסה או מודול הנפח של החומר, המוגדר כ:

זן הוא שינוי עוצמת הקול DV חלקי הנפח המקורי V _o . מכיוון שזה היחס בין הנפחים, הוא חסר מידות. סימן המינוס לפני B פירושו שעם המאמץ שנעשה, שהוא עלייה בלחץ, הנפח הסופי פחות מהראשון. עם כל זה אנו משיגים:

בגז, המודולוס הנפחי פרופורציונלי ללחץ P, קבוע המידתיות הוא γ, המכונה קבוע הגז האדיאבטי. בדרך זו:

יחידות B זהות לאלה של לחץ. סוף סוף המהירות היא:

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