Hitrost zvoka
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 ν in valovno dolžino λ zveza:
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:
V neomejeni trdnini je hitrost zvoka enaka:
kjer je μ Poissonovo število.
Hitrost zvoka v kapljevinah
[uredi | uredi kodo]V kapljevinah velja enaka enačba kot pri plinih, s tem, da ni treba 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:
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.
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.
| [°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 |
