A hangsebesség , vagy celerity hang , a terjedési sebessége hanghullámok minden gáz, folyadék vagy szilárd táptalajon. Ezért meghatározható a levegőtől eltérő anyagokra, amelyekben a hangot az emberi fül nem érzékeli.
A bármilyen folyadékot , amit a nyomás és hőmérsékleti körülmények között, a hang sebessége függ a izentropikus összenyomhatósága és a sűrűsége a hullám terjedési közegben. A legtöbb folyadékban, különösen a levegőben, ez nagyon kevéssé függ a rezgés frekvenciájától és amplitúdójától.
A légköri nyomáshoz közeli nyomású gázok esetében az ideális gázmodell alkalmazható. A hangsebesség ekkor csak a hőmérséklettől függ. A képlet ennek közelítését adja száraz levegőn, m / s-ban, a hőmérsékletet kelvinben . A hangsebesség a levegőben 15 ° C- on, tengerszint felett körülbelül 340 m / s (vagy 1224 km / h ). A vízben a hang több mint négyszer gyorsabban halad, körülbelül 1500 m / s (vagy 5400 km / h ) sebességgel . Puha vasban a hangsebesség körülbelül 5 960 m / s (vagy 21 456 km / h ).
Az ókor óta felfogták, hogy a hang gyorsan mozog, de nem azonnal. Az echo jelenség táplálta az első reflexiókat: ha a hang terjedése pillanatnyi volt, akkor nem tudtuk megkülönböztetni a kezdeti hangot a falon visszaverődő hangtól; és ha a késés a falnak köszönhető, akkor az nem függ a távolságtól, mint láthatjuk. Azt is megjegyezték, hogy ez a sebesség nem függ a hang minőségétől: erős vagy gyenge, alacsony vagy magas, a késés mindig ugyanaz. Végül az echo jelenség emlékeztet a tükör fényének vagy a kő által eltalált víz felszínének visszaverődésére is.
Mersenne 1635-ben értékelte a levegő hangsebességét 230 toise / s ( 448 m / s ) sebességgel , ezt az értéket Gassendi idézi , aki kimutatta, hogy a mély és magas hangok azonos sebességgel terjednek. Nem biztos azonban, hogy a visszavert hang ugyanolyan sebességgel terjed, ehhez 162 süllyedést találhat másodpercenként ( 315 m / s ). Nem jelzi a működési módját . A XVII . És XVIII . Században Halley , Boyle , Cassini , Huygens és mások tapasztalatai, amelyek a fény és a hang terjedési idejének különbségén alapulnak, hozzávetőleges eredményeket hoznak.
Galilei a hangot a levegő "redőivel" magyarázza, amelyeket lépésről lépésre közölnek teljes elmozdulás nélkül, ahol kortársai csak a hang teljes pályáján nagy sebességgel mozgó anyagi részecskével fogták fel az átvitelt. Newton tisztázza ezt a fogalmat; a hangra vonatkozik, amelyet a levegő összenyomódásából és tágulásából álló zavar mozgásaként tartanak számon, a végtelenül kis számítás alapelveit, hogy először meghatározza a hang sebességét a levegő jellemzőitől.
Végén a XVII th század akusztika a Szabadító magyarázza a rezgés levegő a csövek fúvós hangszer . Mivel ez a rezgés a hang terjedésének sebességétől függ, ez egy másik módja annak megállapítására. A csőhangolás jól ismert a hangszerkészítők számára, a húrok és a hangvillák vibrációs törvényei, amelyek sokkal alacsonyabb sebességgel figyelhetők meg, összehasonlítási alapot adnak, a beat módszer pedig a pontos mérést, és a számítás ugyanazt adja. eredmények.
A következő évszázad során számos kísérletet végeztek. A hangmérést úgy végezzük, hogy éjszaka lövöldözünk ágyúval, és távolról mérjük az időt a láng által kibocsátott fény észlelése és a hang észlelése között. Newton tekintélye jelentős, és akkor nincs más elmélete, mint az övé; mindazonáltal a kísérletileg kapott mérésekből levezetett sebességek mindig körülbelül 16% -kal magasabbak, mint a képletével. A kísérleteket többször megismételjük.
1738-ban a Francia Tudományos Akadémia betöltötte az MM-t. de Thury , Maraldi és a Abbail de la Caille, hogy új élményeket szervezzenek. 14 636 tois vonalon (vagyis 28,5 km-en ) hajtották végre műveleteiket, amelyeknek kifejezésére Montlhéry tornya és a montmartrei piramis állt . Arra a következtetésre jutottak, hogy:
Erről a tapasztalatról Nollet apátság számolt be, aki ugyanabban a munkában azt mutatja be, hogy "a hang úgy csökken, mint a növekvő távolság négyzete".
1816-ban Laplace megmutatja, hogy Newton hipotézise, miszerint a hang izoterm folyamat , téves, és hogy ez egy adiabatikus folyamat ; arra a következtetésre jut, hogy:
„A hangsebesség megegyezik a newtoni képlet által megadott sebesség szorzatával, az állandó nyomáson mért levegő fajlagos hőjének és állandó térfogatú fajlagos hőjének arányának négyzetgyökével. "
A 1822 , Arago és Prony végzett új kísérleteket, a megrendelések a Bureau des hosszúság . Keresztezett ágyúlövéseket használnak egyszerre Villejuif és Montlhéry között . A kísérletezők így remélik, hogy korlátozzák a páratartalom , a szélsebesség, a nyomás és a hőmérséklet okozta zavarokat . Ezen felül pontosabb stoppereket használnak. A kísérletek 21- én és 21- én éjszaka zajlanak 1822. június 22. 15,9 ° C hőmérsékleten 341 m / s értéket kapnak . Korrekció után, az a sebesség, 0 ° C-on van 331 m / s . Ez az érték kompatibilis a Laplace-képlettel.
A XIX . Század fordulóján Young , Laplace és Poisson összekapcsolja a hangsebességet a közeg rugalmasságával . Ezen elméleti számítások igazolására Biot 1808-ban megmérte a szilárd anyag hangsebességét; a 1826 Colladon megerősíti a jósolt értékkel a víz belül 0,5% kísérletekkel Lake Geneva .
A publikációk a kevésbé technikai tárgyakra is koncentrálnak. A XVII . Századtól kezdve Mersenne feltette a kérdést: "elérhet-e valaki egy labdát, mielőtt meghallotta volna a lövés lövését? ". A lövedékek eléri a szuperszonikus kezdeti sebesség végén a XIX E században. A közepén a következő században, felmerül a kérdés, a légi közlekedés, a kereszteződés az úgynevezett hang gáton .
A hangsebesség meghatározásának problémája alapvető volt az akusztika alapjainak megalapozásában .
A XX . Században az anyag hangsebességének mérését használják a rugalmassági modulus kiszámítására , míg a természetes környezetben az elérhetetlen helyek, például az óceán mélységének átlaghőmérsékletét mérik.
A sebesség a hang lehet szigorúan meghatározott két módja van:
Csoportsebesség A csoportos hangsebesség a hangzavar által megtett távolság és az érkezéshez szükséges idő hányadosa. Az első értékelést a hangsebességről a légkörben és a vízben a távolságok topográfiai kiszámításából , valamint az állítólag pillanatnyi fényáteresztés és a hang átadása közötti késés időzítéséből készítettük. Fázissebesség A fázissebesség a hányadosa a hullámhossz -szer a időszakban a rezgés. Ez a meghatározás azt jelenti, hogy a hangnak csak egy frekvenciája van . Ez hányados egyenértékű a terméket a hullámhossz alkalommal a frekvencia, amely a inverz az időszak, vagy a hányadosa a pulzációs (radiánban másodpercenként) által norma az a hullám vektor (radiánban méterenként), a használat amelyek közül a fizika bizonyos számításaiban kényelmesebb . Ezt úgy mérjük, hogy meghatározzuk a frekvencia egy állóhullám a csőben . Ebben a térben, amelynek hossza uralja a többi dimenziót, a fázis sebessége és a hossza határozza meg a rezonanciát képező állóhullámot . Ez a mérési módszer, amely implicit módon számol egy szervcső kiszámításával , az egyetlen, amely akkor alkalmazható, ha a közeg nincs a természetben nagy mennyiségben.Ez a két sebesség csak egy diszperz közegben különbözik , vagyis abban az esetben, ha a terjedési sebesség a frekvenciától függ . A levegőben, mint minden homogén folyadékban, gyakorlatilag egyenlőek, függetlenül a hang jellemzőitől, legyenek azok erősek vagy gyengék, alacsonyak vagy magasak.
Hangimpulzusok küldésével egy adóból és bizonyos távolságon történő észleléssel meg lehet mérni azt az időt, amelyre az impulzusnak meg kell haladnia a két eszközt elválasztó távolságot. Ez a hangenergia átviteli sebességének, vagyis a csoportsebességének a mérését jelenti .
Ez az egyszerű folyamat megmutatja a határait, amint pontos mérést szeretne végezni. A hányados mindkét tagjának mérési bizonytalansága visszahat az eredményre.
A történelmi kísérleteket természetes környezetben végezték. A légkörben a légköri rétegek közötti hőmérséklet- és szélsebesség-különbségek a hanghullám törését okozzák . A hang tehát valamivel nagyobb távolságot tesz meg, mint a kiindulási pont és a mérési pont. Ha ez a távolság kicsi, akkor a közeg többé-kevésbé homogén és az eltérés elhanyagolható; de tudnia kell, hogyan lehet rövid időtartamokat pontosan mérni.
Ha a mérést hullámvezető segítségével hajtják végre , akkor biztosítani kell, hogy az akusztikus cső fala ne vegyen részt a terjedésben, sem a rezgést a levegőnél gyorsabban végzi, sem pedig azzal reagálva, hogy lassítsa.
Ezzel a módszerrel nehéz mérni szilárd közegben, nyomás alatt vagy magas hőmérsékleten.
A hang hullámhosszának mérésével és a frekvenciájával való szorzásával megkapjuk a sebességét. Ez megfelel a fázissebességnek . Számos módszer lehetővé teszi ezt.
Fázissebesség és orgonacső:A fúvós hangszerben, mint a síp , az előállított hang a cső hosszától függ. A jegyzet kifejezi a pályán az alapfrekvencia a hang. Ez frekvencia az, hogy egy állóhullám a csőben , ez függ az idő, hogy a zavar veszi, hogy megy a cső vége és vissza a forráshoz. Ezért függ a folyadék terjedési sebességétől, amely megtölti a vezetéket. A sebesség homogén a hossz és az idő arányával. Itt kapjuk meg, ha a cső hosszát megszorozzuk az alapfrekvenciával.
Az "akusztikus" kifejezést kitaláló Joseph Sauveur ezt az érvelést a XVII . Század első éveiben vallotta , de a matematikusok nem használták magyarázatait a hangsebesség, a hullámhossz-fogalmak és a rosszul megállapított fázis kiszámításához; nem a XIX . században lesznek Joseph Fourier munkájával .
A Kundt-csőhöz hasonló eszközben az egyik végén egy vezeték van csatlakoztatva, a másik pedig a hangszóróhoz van csatlakoztatva . Ennek a hangszórónak a hangnyomása a cső bedugott oldaláról tükröződik . A állóhullám telepszik a cső, ha ez a reflexió megérkezik a hangszóró fázisban a rezgés a hangszóró. Ebből arra lehet következtetni, hogy a hanghullám oda-vissza utazott olyan időtartamban, amely a rezgés periódusának többszörösének felel meg. A cső hossza tehát a fél hullámhossz többszöröse. A csőben lévő hullámhosszak számát meg lehet állapítani úgy, hogy egy mikrofont annak hosszában mozgatunk, hogy felismerjük a maximális amplitúdónak megfelelő hasat és a minimumnak megfelelő csomókat. Ha megszorozzuk a hullámhosszat a frekvenciával, megkapjuk a sebességet.
Ha a cső nyitva van a másik végén, a hangszóróból érkező akusztikus nyomás, amely nem talál több ellenállást, akusztikai sebességgé alakul át a nyíláson. Egy visszavert hullám ismét távozik a forrás irányába. Rezonancia akkor keletkezik, ha a cső hossza a hullámhossz negyedének többszöröse.
Ez a mérés azt jelenti, hogy tudjuk, hogyan kell mérni a frekvenciát, és hogy a cső fala nem lép kölcsönhatásba a levegővel.
Folyadékokban álló hullámokat is lehet elérni. A hullámok ugyanúgy hatnak a fényre, mint az optikai hálózat . Ezért egy optikai szerelvénynek köszönhetően ott mérhető a hangsebesség.
Szilárd anyagokban lehetetlen mikrofont használni; de a felszínen található érzékelők lehetővé teszik az észlelést, és amikor a hullám visszatér a fázisra az gerjesztő eszközön, megváltoztatja a gerjesztés mechanikai impedanciáját , ami lehetővé teszi a rezonáns frekvencia megállapítását egy figyelembe vett hosszúságú eszköz számára.
A két módszer közötti fő különbség a kapott eredmény: egyrészt a fázissebesség, másrészt a csoportsebesség. E két mennyiség közötti különbség azonban csak akkor látható, ha a közeg diszperziója fontos, ami ritkán fordul elő.
A hanghullám olyan mechanikus hullám, amely egy anyag közegben terjed, amely összenyomódik és ellazul. Anyagi közeg hiányában ezért vákuumban nincs hang . A közegben zajló hang terjedése során ennek a közegnek a részecskéi általában nem a hullám terjedési sebességével mozognak, hanem egy nyugalmi pont körül rezegnek. Szilárd anyagokban, ha keresztirányú hullámok lehetségesek, még a részecskék elmozdulása sem lehetséges a hullám terjedésének irányában. A hangsebességet nem szabad összetéveszteni az akusztikus sebességgel , vagyis a terjedési közeget alkotó anyagrészecskék sebességével , nagyon kicsi, egymásra tolódó elmozdulásukkal.
A hangsebesség értékét befolyásoló fő tényezők a terjedési közeg hőmérséklete , sűrűsége és rugalmassági állandója (vagy összenyomhatósága):
A hang terjedése annál gyorsabb, mivel a közeg sűrűsége és összenyomhatósága kicsi.
Egyik közegről a másikra változik a két paraméter. A héliumban , amelynek összenyomhatósága nagyjából megegyezik a levegőével, de sűrűsége ugyanolyan hőmérsékleti és nyomási körülmények között jóval alacsonyabb, a hangsebesség csaknem háromszor akkora, mint a levegőben. A légköri nyomású gázban a hangsebesség sokkal alacsonyabb, mint egy folyadékban : bár a gáz sűrűsége sokkal alacsonyabb, a gáz szinte végtelenül összenyomhatóbb, mint a folyadék (amelyet gyakran tömöríthetetlennek tartanak). Például, hang utazik át pontosan 1,482.343 m / s ( 5,336.435 km / h ) a tiszta víz át 20 ° C-on , mintegy 340 m / s ( 1224 km / h ) levegőn, 15 ° C-on és körülbelül 1500 m / s ( 5400 km / h ) tengervízben .
Ezt a tulajdonságot különösen a beton minőségének meghatározására használják , mert a gyorsabb terjedés azt jelenti, hogy a beton kevés légbuborékot tartalmaz (a hangsebesség a betonban sokkal nagyobb, mint a levegőben). A tengervíz sebessége különösen a halak és tengeralattjárók iskoláinak elhelyezésére szolgáló rendszerekben vesz részt .
A páratartalom alig befolyásolja a levegőben lévő hang sebességét.
A 2020 egy nemzetközi csapat fizikus megállapítja, hogy az elméleti maximális hangsebesség körüli lenne 36 km / s . Ezt a határt a fizikai állandók alapján számítják ki .
Anélkül, hogy nyíró hullám , a hangsebesség szaporítják csak sajtolással. Ha a hang nem túl hangos ( ), akkor a folyadék összenyomódása és tágulása izentropikusnak tekinthető, és a hang sebessége:
A négyzetgyöke a parciális deriváltja a nyomás alkalommal a sűrűsége a konstans entrópia .
A folyadékban lévő hang sebessége az izentrikus összenyomhatósági együttható függvényében is kifejezhető az alábbiak szerint:
DemonstrációVagy nem viszkózus folyadék , kezdetben nyugalomban. A közeg tulajdonságai egy olyan pontban, amely a zavar forrásától távol helyezkedik el , egy időbeli átlagérték (egyenletes) és egy bizonytalan (alacsony amplitúdójú) komponens összegeként írható fel. Így :
A Navier-Stokes-egyenletek összefüggésbe hozzák a , és míg a nyomáshoz való viszonyhoz állapot-egyenletre van szükség .
Tömegmérleg ( folytonossági egyenlet ) Van: Elhanyagolásával konvektív kifejezés óta , asszimiláció révén annak időbeli átlag , és a fejlődő az egész gömb koordinátákat, akkor jön:( E1 ) A lendület egyensúlya ( Euler-egyenlet a viszkozitás figyelembevétele nélkül) A sugárirányú tengelyre vetítve ez az egyenlet a következő: Azóta elhagyva a kifejezést , és beolvasva annak időátlagát , az következik: ( E2 ) ÁllapotegyenletA sűrűséget a folyadék állapotegyenletével viszonyítják a nyomáshoz , amelynek első rendű deriváltját az izentrikus összenyomhatósági együttható fejezi ki . Ezért írhatunk:( E3 ) Nyomásmező kifejezésAz ( E1 ) egyenletből az ( E3 ) egyenlet felhasználásával történő eliminálásával a következőket kapjuk: Az első egyenlet levezetése az időre és a második egyenlet levezetése a következőket adja: Megszüntetésével és mi a végén:Van: ahol a szimbólum a laplaci operátort jelöli . Ez egy gömb alakú gyorshullám terjedési egyenlete : Sebesség: A nyomástér általános megoldása a következő: Nyomásmező: Newton képlete
Az égi mechanikáról szóló értekezésében Laplace felidézi az Annales de Physique et de Chimie- ben 1816-ban közzétett képletét :
„A hangsebesség megegyezik a newtoni képlet által megadott sebesség szorzatával, az állandó nyomáson mért levegő fajlagos hőjének és állandó térfogatú fajlagos hőjének arányának négyzetgyökével. "
A hangsebesség magában foglalja a közeg sűrűségét és izentropikus összenyomhatóságát Laplace izentropikus hipotézise szerint:
Newton modelljét a hang izotermikus feltételezésére alapozta , amely a következő képlethez vezetett:
Az izentropikus és az izotermikus összenyomhatóságot a Reech kapcsolata kapcsolja össze a Laplace-együtthatóval :
val vel:
Így a hangsebesség kifejezései Laplace és Newton szerint a következők:
Levegő, diatomi gáz, tehát:
Mivel Laplace képlete megadja a levegőben a megfelelő hangsebességet, Newton képlete körülbelül 16% -kal alacsonyabb értéket ad, mint a valóság.
Ideális gázban Általános képletekA hangsebesség ideális gázban a Laplace-együttható (gamma), a gáz sűrűségének és nyomásának függvénye, és elméletileg a következőképpen számítják:
( I )val vel:
A hang sebessége is lehet kiszámítani a specifikus állandó ideális gáz (együtt a móltömeg , és a univerzális állandó ideális gázok ), és a termodinamikai hőmérséklet a Kelvin (K):
( II ) DemonstrációA folyadékban a hang sebességét a következőképpen fejezzük ki:
Az izentropikus összenyomhatósági együtthatót a következők határozzák meg:
.A Laplace-együtthatóval a Reech összefüggés függ össze :
A a izotermikus kompresszibilitási tényező , amely érvényes, egy ideális gáz , mivel szerint ideális gáztörvény .
A hangsebesség ideális gázban tehát:
a tökéletes gázmóltömegű mólok tömegük és térfogatot foglalnak el nyomás és hőmérséklet alatt . A sűrűség ekkor megéri . Az a gázállandó , mi határozza meg a konkrét konstans a tökéletes gázok vizsgálták: . Ennek megfelelően átírjuk:
Az ( I ) képlet azt mutatja, hogy az ideális gáz hangsebessége fordítottan arányos a sűrűség négyzetgyökével; A ( II ) képlet azt is mutatja, hogy független a gáznyomástól és a frekvenciától, de arányos a hőmérséklet négyzetgyökével. A hangsebesség függetlenségét a gáznyomástól azonban csak a normál légköri nyomáshoz közeli nyomások esetében ellenőrizzük (az ideális gáztörvény alkalmazásának feltétele ).
Az állandó a hőmérséklettől független mennyiség. Az adiabatikus együttható alig függ a hőmérséklettől . Az arány értéke megközelítőleg megegyezik:
Főleg dioxogénből és nitrogénből álló levegő , diatomikus gázok esetében:
A ( II ) egyenlettel megkapjuk az elméleti hangsebességet száraz levegőn, ideális gázra asszimilálva, m / s-ban a kelvini hőmérséklet függvényében:
Száraz levegőre : a szerzők szerintA sebesség van kifejezve m / s , a hőmérséklet a Kelvin (K).
A szerzők közötti különbségek elsősorban a levegő kisebb összetevőinek, elsősorban az argonnak és a szén-dioxidnak a figyelembe vételéből, valamint az állandók számításait befolyásoló bizonytalanságokból fakadnak . Mivel a levegő nem ideális gáz, ezek a képletek csak hozzávetőleges eredményt adnak. A finomabb számítások figyelembe veszik a molekulák ( virális ) kölcsönhatásait, és korrekciós intézkedéseket adnak. Ezért a nyomás és a frekvencia befolyásolja az utolsó tizedesjegyeket.
Környezeti hőmérséklet közelében a levegőben lévő hangsebesség a következő linearizációval közelíthető meg:
( m / s-ban )ahol ( théta ) a hőmérséklet Celsius-fokban (° C) : . Mi lehet egyszerűsíteni ezt a képletet: .
A levegőben lévő hangsebesség a nedvességtartalom mellett kissé növekszik , a különbség alig több, mint egy másodperc alatt van. A levegő rosszul diszpergáló közeg , különösen ha nedves. A sebesség a frekvenciával alig növekszik , az eltérés alig haladja meg a 0,1 m / s -ot a hallható spektrumban, de érzékeny lehet a magas frekvenciájú ultrahangra.
A hangsebesség és a részecskék sebességének kapcsolataAz ideális gáz részecskéinek négyzetmértékének középértéke korrelál a hőmérséklettel az alábbiak szerint:
Az ideális gáz sűrűsége :
val vel:
Az ( I ) egyenlet helyettesítésével tehát:
majd a hőmérsékletet kicseréljük a négyzet középsebességének képletére:
Ez a kapcsolat azt jelzi, hogy az ideális gázterületen (azaz mérsékelt nyomáson) a hangsebesség egyenesen arányos a részecskék sebességével.
Diatomikus ideális gáz, mint a levegő esetében tehát:
Van der Waals gázbanA hangsebesség egy van der Waals-gázban két független termodinamikai változó függvénye, klasszikusan a hőmérséklet és a moláris térfogat :
val vel:
A folyadékban a hang sebességét a következőképpen fejezzük ki:
A relatív kompresszibilitási izentropikus határozza meg: . Ez csatlakozik a koefficiens Laplace a kapcsolatot REECH : az a együttható izotermikus összenyomhatóság . Ezért átírjuk:
A van der Waals-i állapotegyenlet meg van írva:
val vel:
mol gáz moláris tömege van tömege , és elfoglalják térfogata nyomás alatt és hőmérséklet . A sűrűség ekkor megegyezik a moláris térfogattal . Az izotermikus összenyomhatósági együttható akkor megéri egy van der Waals-gáz esetében:
Ennek megfelelően átírjuk:
átrendezésével a következőket találjuk:
Ha meghatározzuk:
ha másrészt figyelembe vesszük , Mayer viszonya az ideális gázokhoz ( ami nem szigorú a van der Waals-gáz esetében ), a következőkkel:
akkor hozzávetőlegesen:
Kétfázisú folyadékokKétfázisú folyadék (például a folyékony vízben lévő légbuborékok) esetén a hangsebesség nagymértékben módosul. A hangsebesség kiszámítása ekkor meglehetősen összetett, és különösen a két folyadékot összekötő viszonyoktól függ (például gőzbuborékokkal rendelkező folyadék esetén figyelembe kell venni a fázisváltozásokat).
Ennek ellenére általános eredmény adható. A keverék hangsebessége sokkal kisebb, mint a különálló közegben található két sebesség közül a kisebb. Például víz / gőz keverék esetében a hangsebesség 30 m / s körül van , 0,5 jelenlét esetén. Ez azzal magyarázható, hogy figyelembe vesszük a keverék átlagos sűrűségét, amely a víz és a gőz sűrűsége között van, valamint az összenyomhatóságot (vagy az átlagos rugalmasság állandóját), amely szintén a víz és a gőz sűrűsége között van. A gőzbuborékok vízbe juttatásával mind a közeg átlagos sűrűségét csökkentettük (ez a módosítás önmagában hajlamos a hangsebesség növelésére), mind pedig az összenyomhatóságát (ez a módosítás önmagában csökkenti a hangsebességet). De a rugalmassági állandó sokkal jobban megnőtt, mint a sűrűség. Éppen ezért ebben a keverékben lassabb hangsebesség érhető el, mint tiszta vízben.
Egy szilárd anyagban a mechanikai hullámok sebessége a sűrűségtől és a rugalmassági állandóaktól függ . Mind a hosszanti, mind a keresztirányú hullámok terjedhetnek ( P és S hullámok a szeizmológiában ), amelyek sebességét a következők adják meg:
vagy:
Az alábbi táblázat bemutatja a száraz levegő néhány tulajdonságának alakulását egy légköri nyomás alatt a hőmérséklet függvényében, a következők szerint:
A dőlt ábrázoltuk a számított sebesség révén a képlet:
° C-ban | az m / s | kg / m 3 -ben | N s / m 3 -ben |
---|---|---|---|
−10 | 325,4 325,4 |
1.341 | 436.5 |
−5 | 328,4 328,5 |
1.316 | 432.4 |
0 | 331,5 331,5 |
1,293 | 428.3 |
+5 | 334,5 334,5 |
1,269 | 424.5 |
+10 | 337,5 337,6 |
1,247 | 420,7 |
+15 | 340,5 340,6 |
1.225 | 417,0 |
+20 | 343,4 343,6 |
1,204 | 413.5 |
+25 | 346,3 346,7 |
1.184 | 410,0 |
+30 | 349,2 349,7 |
1.164 | 406.6 |
Az alábbi táblázat bemutatja az evolúció bizonyos tulajdonságait levegő függvényében magasságban a ISA atmoszférában , a:
Magasság m-ben | ° C-ban | kPa-ban | az m / s | kg / m 3 -ben |
---|---|---|---|---|
0 | 15.00 | 101.33 | 340.3 | 1.225 |
200 | 13.70 | 98.95 | 339,5 | 1,202 |
400 | 12.40 | 96.61 | 338,8 | 1,179 |
600 | 11.10 | 94.32 | 338,0 | 1.156 |
800 | 9.80 | 92.08 | 337.2 | 1.134 |
1000 | 8.50 | 89,88 | 336.4 | 1,112 |
2000 | 2.00 | 79,50 | 332,5 | 1.007 |
3000 | −4.49 | 70.12 | 328,6 | 0,909 |
4000 | −10,98 | 61.66 | 324.6 | 0,819 |
6000 | −24,0 | 47.22 | 316.5 | 0,660 |
8000 | −36,9 | 35.65 | 308.1 | 0,526 |
10 000 | −49,9 | 26.50 | 299.5 | 0,414 |
12 000 | −62,9 | 19.40 | 295.1 | 0,312 |
Az alábbi táblázat néhány anyagra példákat mutat be a hőmérséklet és a nyomás szokásos körülmények között .
Anyag | az m / s |
---|---|
Levegő | 340 |
Víz | 1,480 |
Jégkrém | 3.200 |
Üveg | 5,300 |
gyémánt | 18 000 |
Acél | 5 600–5 900 |
Vezet | 1200 |
Titán | 4,950 |
PVC (rugalmas, lágyított) | 2000 |
PVC (merev) | 2,400 |
Konkrét | 3 100 |
Bükkfa | 3 300 |
Gránit | 6,200 |
Peridotitis | 7,700 |
Száraz homok | 10-300 |