Hitrost zvoka

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Hitróst zvóka (oznaka c) je hitrost, s katero se zvočno vzdolžno valovanje širi v sredstvu. Odvisna je od lastnosti sredstva, v katerem zvok potuje, predvsem od njegove stisljivosti χ in gostote ρ:

 c = \frac{1}{\sqrt{\rho \chi}} \!\, .

Enačbo je prvi zapisal Pierre-Simon Laplace.

Hitrost zvoka (ali valovanja v splošnem) povezuje s frekvenco ν in valovno dolžino λ zveza:

 c = \lambda \nu \!\, .

Hitrost zvoka v trdninah[uredi | uredi kodo]

V trdninah navadno namesto stisljivosti vpeljemo njeno obratno vrednost, prožnostni modul E. Izraz za hitrost zvoka je v palici tedaj:

  c = \sqrt{\frac{E}{\rho}} \!\, .

V neomejeni trdnini je hitrost zvoka enaka:

 c = \sqrt{\frac{E}{\rho} \frac{1-\mu}{(1+\mu)(1-2\mu)} } \!\, ,

kjer je μ Poissonovo število.

Hitrost zvoka v kapljevinah[uredi | uredi kodo]

V kapljevinah velja enaka enačba kot pri plinih, s tem, da ni potrebno ločevati med adiabatno in izotermno stisljivostjo χ.

Hitrost zvoka v plinih[uredi | uredi kodo]

V idealnih plinih se izraz za hitrost zvoka poenostavi. Upoštevamo lahko izraz za adiabatno stisljivost χS = 1/κ p, kjer je p tlak plina, κ pa adiabatni eksponent (razmerje specifične toplote pri stalnem tlaku cp in specifične toplote pri stalni prostornini cV). Ob upoštevanju splošne plinske enačbe pV = (m/M)RT in definicije gostote ρ = m/V dobimo:

 c = \sqrt{\frac{\kappa RT}{M}} \!\,

Pri tem je R splošna plinska konstanta, M molska masa plina, T pa temperatura. Ker so ostali parametri konstanta za dano vrsto plina, vidimo, da je hitrost zvoka v plinu odvisna le od njegove temperature.

Če nas zanima temperaturna odvisnost hitrosti zvoka v ozkem temperaturnem območju, lahko zgornji izraz razvijemo v Taylorjevo vrsto. Za zrak pri temperaturi blizu sobne velja tako približen izraz:

 c_{\mathrm{zrak}} = (331{,}5 + 0{,}6 \ \cdot \vartheta) \ \mathrm{m/s} \!\,

Pri tem je \vartheta temperatura zraka, merjena v stopinjah Celzija. V območju od -20 °C do +40 °C se ta približni izraz na 0,2 % ujema z natančnim izrazom.

Zgledi hitrosti zvoka v različnih snoveh[uredi | uredi kodo]

sredstvo hitrost zvoka
pri sobni temperaturi
[ m/s ]
aluminij 6420
titan 6070
železo 5950
steklo 5300
kronsko steklo 5100
nikelj 4900
les (mehki) 4500
baker 5010
cink 3700
srebro 3650
opeka 3600
les (trdi) 3400
bukovina 3300
zlato 3240
led (-4 °C) 3200
beton 3100
pleksi steklo 2680
kositer 2600
svinec 2160
glicerin 1904
PVC (trdi) 1700
neopren 1600
morska voda 1531
voda 1497
živo srebro 1450
benzen 1295
vodik 1284
aceton 1174
kloroform (kapljevina) 987
helij 965
pluta 500
vodna para (134 °C) 494
metan 430
amonijak 415
zrak 343
metanol (pare) 335
kisik 316
ogljikov dioksid 259
kloroform (pare) 171
PVC (mehki) 80
guma 50

Hitrost zvoka v zraku v odvisnosti od temperature[uredi | uredi kodo]

V razpredelnici je ρ gostota zraka in Z akustična impedanca.

\vartheta
[°C]
c
[m/s]
ρ
[kg/m³]
Z
[N·s/m³]
 -10 325,4 1,341 436,5
  -5 328,5 1,316 432,4
   0 331,5 1,293 428,3
  +5 334,5 1,269 424,5
+10 337,5 1,247 420,7
+15 340,5 1,225 417,0
+20 343,4 1,204 413,5
+25 346,3 1,184 410,0
+30 349,2 1,164 406,6

Zunanje povezave[uredi | uredi kodo]

Glej tudi[uredi | uredi kodo]