定義によると、音速は、圧縮や希薄化などの音波のポイントが単位時間内に移動する距離として定義されます。特定の媒体のすべての周波数が同じ物理的状況にさらされている場合、音速はすべての周波数で一定に保たれます。
音は弾性媒体を一定の速度で伝播し、音速は波が単位時間に移動する距離として定義されます。
気温が摂氏 20 度の場合、空気中の音速は毎秒約 343 メートル (華氏 68 度) です。 1 キロメートルは 2.9 秒で移動し、1 マイルは 4.7 秒で移動します。
理想気体の音速は、気体の温度と組成によってのみ決まります。通常の空気では、速度は振動数と圧力にわずかな影響しか与えず、粒子の理想的な挙動から多少ずれます。
音波の速度に影響する要因
音波が伝わる媒体の密度と温度は、音波の速度に影響します。
媒体の温度。
熱は、温度が低い場合よりも速い速度で音を伝えます。その結果、音速は温度の上昇に正比例して上昇します。
媒体の密度
媒質が厚いと、媒質中の分子が密に詰まっているため、媒質が薄い場合よりも音が速く媒質を通過します。その結果、音速は媒体の密度に正比例して上昇します。
固体中の音波速度
突き詰めると、音は分子同士が衝突するなど、粒子同士の衝突によって引き起こされる乱れにすぎません。固体は、液体や気体よりも実質的に高い密度を持っています。これは、固体内の分子が液体内よりも互いに近くにあり、液体が気体内よりも互いに近くにあることを意味します。密度が高いために接近しているため、非常に速く衝突する可能性があります。固体が固化すると、固体の分子が隣接する分子と衝突するのにかかる時間が短くなります。この利点により、固体中の音速は気体中の音速よりも速くなります。
音が固体を伝播するのに毎秒 6000 メートルかかり、音が鋼を伝播して私たちに到達するのに毎秒 5100 メートルかかります。音速に関するさらにもう 1 つの興味深い統計は、音は空気中よりもダイヤモンド内で 35 倍速く伝わるということです。これは驚くべき成果です。
空気中の音速
空気中を伝わる音波の速度は、空気の性質、つまり温度と湿度によって決まります。湿気は空気中の水蒸気の存在の結果として発生します。粒子相互作用の強さは、システムの温度に影響されます。
v =331 m/s + (0.6 m/s/C)×T
この式で、T は摂氏で表された空気の温度です。摂氏 20 度の温度で空気中の音波の速度を計算するには、次の方程式を次の解と組み合わせて使用します。
v =331 m/s + (0.6 m/s/C)×T
v =331 m/s + (0.6 m/s/C)×(20 C)
v =331 メートル/秒 + 12 メートル/秒
v =343 メートル/秒
音波の特徴
音は波でできています。明確にするために、音は、その発生源から外側に伝播される物質の乱れとして定義されます。擾乱は、オブジェクトをその平衡状態からシフトさせる原因となるものとして定義されます。一部の音波は、周期的な波として分類される場合があります。これは、物質を構成する原子が波の結果として単純な調和運動を経験することを示しています。
圧力の乱れは、弦と同じ周波数を持つ縦波として空気中を伝播します。
音波の振幅は、波が音源から遠ざかるにつれて波のエネルギーがより広く、より大きな領域に分散されるため、音源からの距離とともに減少します。横波が同じように山と谷を交互に繰り返すのと同じように、縦波は圧縮と希薄化を交互に繰り返します。
結論
理想気体の音速は、気体の温度と組成によってのみ決まります。通常の空気では、速度は振動数と圧力にわずかな影響しか与えず、粒子の理想的な挙動から多少ずれます。
固体中の音波は、圧縮波と横波の 2 種類で構成されています。圧縮波は、気体および液体中の音波の伝播に関与しています。地震学的実験で示されているように、材料内のせん断波は圧縮波よりも速い速度で移動します。
