The kelajuan bunyi adalah bersamaan dengan kelajuan yang gelombang membujur merambat dalam medium tertentu, menghasilkan tekanan berturut-turut dan pengembangan, yang menafsirkan otak sebagai bunyi.

Oleh itu, gelombang bunyi menempuh jarak tertentu per unit masa, yang bergantung pada medium yang dilaluinya. Sesungguhnya, gelombang bunyi memerlukan medium bahan untuk pemampatan dan pengembangan yang disebutkan pada awalnya berlaku. Itulah sebabnya suara tidak menyebarkan dalam keadaan hampa.

Rajah 1. Pesawat supersonik memecahkan penghalang bunyi. sumber: pixbay

Tetapi kerana kita hidup tenggelam di lautan udara, gelombang suara mempunyai media untuk bergerak dan itu memungkinkan pendengaran. Kelajuan suara di udara pada suhu 20ºC adalah sekitar 343 m / s (1087 ft / s), atau sekitar 1242 km / j jika anda mahu.

Untuk mengetahui kelajuan suara dalam medium, anda harus mengetahui sedikit tentang sifatnya.

Oleh kerana medium bahan diubah suai secara bergantian sehingga suara dapat merambat, ada baiknya mengetahui betapa mudah atau sukarnya mengubahnya. Modul kebolehmampatan B memberi kami maklumat ini.

Sebaliknya, ketumpatan medium, dilambangkan sebagai ρ, juga akan relevan. Mana-mana medium mempunyai inersia yang diterjemahkan menjadi ketahanan terhadap laluan gelombang suara, dalam hal ini kelajuannya akan lebih rendah.

Bagaimana mengira kelajuan bunyi?

Kelajuan bunyi dalam medium bergantung pada sifat elastik dan inersia yang ditunjukkannya. Biarlah kelajuan suara, secara amnya benar bahawa:

Hukum Hooke menyatakan bahawa ubah bentuk dalam medium berkadar dengan tekanan yang dikenakan kepadanya. Pemalar berkadar tepatnya adalah modulus pemampatan atau modulus volumetrik bahan, yang ditakrifkan sebagai:

Strain adalah perubahan volume DV yang dibahagi dengan isipadu asli V _o . Oleh kerana nisbah antara isi padu, ia tidak mempunyai dimensi. Tanda tolak sebelum B bermaksud bahawa dengan usaha yang dilakukan, yang merupakan peningkatan tekanan, jumlah akhir kurang dari yang awal. Dengan semua ini, kami memperoleh:

Dalam gas, modulus volumetrik berkadar dengan tekanan P, pemalar kestabilan menjadi γ, yang disebut pemalar gas adiabatik. Dengan cara ini:

Unit B sama dengan unit tekanan. Akhirnya kelajuannya adalah seperti:

Sonido y temperatura

De lo dicho anteriormente se desprende que la temperatura es realmente un factor determinante en la velocidad del sonido en un medio.

A medida que la sustancia se calienta, sus moléculas adquieren mayor rapidez y son capaces de colisionar con mayor frecuencia. Y mientras más colisionen, mayor será la velocidad del sonido en su interior.

Usualmente interesan mucho los sonidos que viajan por la atmósfera, ya que en esta nos encontramos inmersos y pasamos la mayor parte del tiempo. En tal caso la relación entre la rapidez del sonido y la temperatura es la siguiente:

331 m/s es la velocidad del sonido en el aire a 0 º C. A 20 º C ,que equivalen a 293 kelvin, la velocidad del sonido es 343 m/s, como se mencionó al comienzo.

El número de Mach

El número Mach es una cantidad sin dimensiones que viene dada por el cociente entre la velocidad de un objeto, generalmente un avión, y la velocidad del sonido. Es muy conveniente para saber lo rápido que se mueve una aeronave con respecto al sonido.

Sea M el número Mach, V la velocidad del objeto -la aeronave-, y v_s la velocidad del sonido, tenemos:

Por ejemplo, si una aeronave se mueve a Mach 1, su velocidad es la misma que la del sonido, si se mueve a Mach 2 es el doble y así sucesivamente. Algunos aviones militares experimentales no tripulados incluso han llegado a Mach 20.

Velocidad del sonido en diferentes medios (aire, acero, agua…)

Casi siempre el sonido viaja más deprisa en los sólidos que en los líquidos, y a su vez es más rápido en los líquidos que en los gases, aunque hay algunas excepciones. El factor determinante es la elasticidad del medio, que es mayor conforme aumenta la cohesión entre los átomos o las moléculas que lo conforman.

Por ejemplo, en el agua el sonido se desplaza con más rapidez que en el aire. Esto se advierte de inmediato al sumergir la cabeza en el mar. Los sonidos de los motores de las embarcaciones lejanas se aprecian con más facilidad que al estar fuera del agua.

A continuación la velocidad del sonido para distintos medios, expresada en m/s:

• Aire (0 ºC): 331
• Aire (100 ºC): 386
• Agua dulce (25 ºC): 1493
• Agua de mar (25 ºC): 1533

Sólidos a temperatura ambiente

• Acero (Carbono 1018): 5920
• Hierro dulce: 5950
• Cobre: 4660
• Cobre enrollado: 5010
• Plata: 3600
• Vidrio: 5930
• Poliestireno: 2350
• Teflón: 1400
• Porcelana: 5840

Referencias

1. Elcometer. Tabla de velocidades para materiales predefinidos. Recobrado de: elcometer.com.
2. NASA. Speed of sound. Recobrado de: nasa.gov
3. Tippens, P. 2011. Física: Conceptos y Aplicaciones. 7ma Edición. McGraw Hill
4. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentos de Física. 9^na Ed. Cengage Learning.
5. Universidad de Sevilla. Número de Mach. Recuperado de: laplace.us.es