Prędkość dźwięku w powietrzu i innych ośrodkach

Ile wynosi prędkość dźwięku w różnych ośrodkach?

Ciekawostki

O tym, że dźwięk porusza się zdecydowanie wolniej od światła, przekonujemy się obserwując wyładowania atmosferyczne. Wbrew pozorom prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w powietrzu nie jest oszałamiająca i bez trudu barierę dźwięku pokonuje spora część wojskowych samolotów oraz sztuczne satelity umieszczone na orbicie ziemskiej. A zatem ile wynosi prędkość dźwięku w powietrzu i innych ośrodkach? Sprawdźmy to!

Czym jest prędkość dźwięku?

Pod pojęciem prędkości dźwięku w danym ośrodku kryje się w zasadzie prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego. Co jednak ma zaburzenie mechaniczne do dźwięku? Okazuje się, że zgodnie z prawami fizyki jest to dokładnie to samo! Definicję dźwięku należy rozumieć właśnie jako zaburzenie mechaniczne rozchodzące się w danym ośrodku (nie tylko gazowym, ale również ciekłym i stałym), które wywołuje subiektywne wrażenie słuchowe u ludzi lub zwierząt.

Sama prędkość dźwięku zależy jednak od prędkości przekazywania kolejnym cząsteczkom w danej substancji energii drgań cząsteczek. Jednocześnie prędkość ta nie jest zależna od natężenia oraz częstotliwości fali dźwiękowej. Zależy jednak od parametrów medium, w którym się przemieszcza – przede wszystkim temperatury i stanu skupienia (w ciałach stałych i cieczach dźwięk rozchodzi się szybciej).

Prędkość dźwięku w powietrzu

W powietrzu o temperaturze 15 °C, prędkość rozchodzenia się dźwięku wynosi dokładnie 340,3 m/s (ok. 1225 km/h). Prędkość jednak zmienia się wraz z temperaturą powietrza, co przedstawia poniższa tabela.

Temperatura powietrza Prędkość dźwięku
–40 °C 306,5 m/s
–30 °C 312,9 m/s
–20 °C 319,3 m/s
–10 °C 325,6 m/s
0 °C 331,8 m/s
10 °C 337,8 m/s
15 °C 340,3 m/s
20 °C 343,8 m/s
30 °C 349,6 m/s
40 °C 355,3 m/s

Co ciekawe, już w XVII wieku Marin Mersenne oszacował prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej.

Prędkość fali dźwiękowej w różnych ośrodkach

Jak wspomnieliśmy wyżej, dźwięk może rozchodzić się nie tylko w powietrzu, ale również i ośrodkach płynnych lub stałych. Tam prędkości przemieszczania się fali dźwiękowej osiągają już zawrotne wartości.

Rodzaj ośrodka Prędkość dźwięku
Guma od 17 do 30 m/s
Chlor 206 m/s
Dwutlenek węgla 259 m/s
Powietrze 340 m/s
Korek 500 m/s
Hel 965 m/s
Etanol 1180 m/s
Wodór 1284 m/s
Rtęć 1500 m/s
Woda 1500 m/s
Ołów 2100 m/s
Lód 3300 m/s
Beton 3800 m/s
Szkło 6000 m/s
Diament 18 000 m/s

Czy dźwięk rozchodzi się w próżni?

Na koniec odpowiemy sobie na pytanie, czy zgodnie z powyższymi założeniami, usłyszmy jakiekolwiek dźwięki w próżni? Z racji tego, że próżnia pozbawiona jest jakichkolwiek cząsteczek (próżnia kosmiczna zawiera jedynie ich śladowe ilości), fale dźwiękowe nie posiadają medium do rozprzestrzeniania się. W kosmosie nie usłyszymy zatem nic! Ale… możemy za to słyszeć odpowiednio przetworzone fale plazmowe, na co pozwala specjalny instrument EMFISIS w sondach Van Allena. Niekiedy również tłumaczy się fale radiowe na dźwięk (tzw. sonifikacja danych) w celu ich lepszego zrozumienia.

Jak daleko jest burza? Oblicz to za pomocą dźwięku!

Zapewne większość z nas wie, że licząc czas pomiędzy ujrzeniem błyskawicy, a usłyszeniem dźwięku, możemy dosyć precyzyjnie ustalić odległość do punktu wyładowania atmosferycznego. Biorąc do obliczeń przybliżoną prędkość przemieszczania się fal dźwiękowych w powietrzu, czyli ok. 340 m/s oraz czas jego przemieszczenia dowiemy się również, czy burza zbliża się do nas czy oddala. Dzięki tej metodzie możemy obliczyć przybliżoną odległość każdego obiektu, wytwarzającego dźwięk, np. wybuch bomby. Jeżeli widzimy dane zjawisko to każda sekunda ciszy odpowiada ok. 340 metrom. W przybliżeniu zatem 3 sekundy pomiędzy błyskiem (lub wystąpieniem innego zjawiska generującego falę dźwiękową), a usłyszeniem dźwięku oznaczają, że znajdujemy się ok. 1 km od tego miejsca.

Redaktor naczelny w serwisie Joblife.pl

Od 11 lat tworzy specjalistyczne treści o charakterze poradnikowym. Jego wiedza czerpana jest z wielojęzycznych kanałów informacyjnych oraz encyklopedii naukowych. Osobiście miłośnik górskich podróży i pasjonat działań marketingowych.

0 komentarzy
Inline Feedbacks
Zobacz wszystkie komentarze