Hitrost zvoka
Iz Wikipedije, proste enciklopedije
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:
Enačbo je prvi zapisal Pierre-Simon Laplace.
Hitrost zvoka (ali valovanja v splošnem) povezuje s frekvenco f in valovno dolžino λ zveza:
Vsebina |
[uredi] Hitrost zvoka v trdninah
V trdninah navadno namesto stisljivosti vpeljemo njeno obratno vrednost, prožnostni modul E. Izraz za hitrost zvoka je v palici tedaj:
V neomejeni trdnini je hitrost zvoka enaka:
kjer je μ Poissonovo število.
[uredi] Hitrost zvoka v kapljevinah
V kapljevinah velja enaka enačba kot pri plinih, s tem, da ni potrebno ločevati med adiabatno in izotermno stisljivostjo χ.
[uredi] Hitrost zvoka v plinih
V idelanih 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:
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:
Pri tem je 
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.
[uredi] Zgledi hitrosti zvoka v različnih snoveh
| Sredstvo | Hitrost zvoka pri sobni temperaturi [ m/s ] |
|---|---|
| aluminij | 6.420 |
| titan | 6.070 |
| železo | 5.950 |
| steklo | 5.300 |
| kronsko steklo | 5.100 |
| nikelj | 4.900 |
| les (mehki) | 4.500 |
| baker | 5.010 |
| cink | 3.700 |
| srebro | 3.650 |
| opeka | 3.600 |
| les (trdi) | 3.400 |
| bukovina | 3.300 |
| zlato | 3.240 |
| led (-4 °C) | 3.200 |
| beton | 3.100 |
| pleksi steklo | 2.680 |
| kositer | 2.600 |
| svinec | 2.160 |
| glicerin | 1.904 |
| PVC (trdi) | 1.700 |
| neopren | 1.600 |
| morska voda | 1.531 |
| voda | 1.497 |
| živo srebro | 1.450 |
| benzen | 1.295 |
| vodik | 1.284 |
| aceton | 1.174 |
| 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 |
[uredi] Tabela - hitrost zvoka v zraku (c), gostota zraka (ρ) in akustična impedanca (Z) v odvisnosti od temperature (°C)
| Vpliv temperature | |||
| [°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 |
