سرعة الصوت

سرعة الصوت (بالإنكليزية: Speed of sound) هي السرعة التي تنتقل بها الموجات الصوتية.




طائرة F/A-18 أثناء اختراقها جدار الصوت الهالة أو الغيمة خلف الطائرة هي ماء متكثف بسبب فرق الضغط التي خلفتة ورائها.
تختلف السرعة حسب الوسط الذي تنتقل فيه الموجات. خصائص التي تحدد سرعة الصوت هي الكثافة وقابلية الانضغاط. ينتقل الصوت بسرعة أكبر خلال السوائل والأجسام الصلب. كما أن سرعة الصوت تزداد مع الحرارة.

تقدر سرعة الصوت في وسط هوائي عادي جاف في درجة حرارة 20 °C (68 °F) ب 340 متر في الثانية، أو (1,125 قدم/ثانية). أو ما يساوي 1236 كيلومتر في الساعة (768 ميل)، أو ميل في كل خمس ثوان.

محتويات [أخف] <LI class="toclevel-1 tocsection-1">1 علاقات عامة <LI class="toclevel-1 tocsection-2">2 صيغة تطبيقية للهواء الجاف <LI class="toclevel-1 tocsection-3">3 التفاصيل 3.1 السرعة في الغاز المثالي والهواء <LI class="toclevel-1 tocsection-5">4 رقم ماخ <LI class="toclevel-1 tocsection-6">5 سرعة الصوت في الاجسام الصلبة <LI class="toclevel-1 tocsection-7">6 سرعة الصوت في السوائل <LI class="toclevel-1 tocsection-8">7 قياسات تجريبية <LI class="toclevel-1 tocsection-9">8 انظر أيضا 9 المصادر

[عدل] علاقات عامة


تعطى سرعة الصوت بالعلاقة:



حيث:


c معامل الصلابة
p الكثافة
اي ان السرعة تزداد بزيادة معامل الصلابة وتقل مع زيادة كثافة المادة. يمكن تعميم المعادلة العامة لسرعة الصوت باستخدام الميكانيكا الكلاسيكية:



اي باالاشتقاق نسبة للتغير الاديباتي.

في حالة اخذ النسبية الخاصة بعين الاعتبار, يمكن اشتقاق سرعة الصوت من معادلات ايولر النسبية.

تكون السرعة مستقلة عن التردد إذا كان الوسط غير متبدد اما إذا كان متبددا فتكون السرعة دالة في التردد. مثلا يعتبر الهواء وسط غير متبدد عند الترددات السمعية ثم يصبح متبددا عند الترددات فوق السمعية بسبب وجود ثاني اكسيد الكربون في الهواء الجوي وهو وسط متبدد.

[عدل] صيغة تطبيقية للهواء الجاف


تعطى سرعة الصوت في الهواء الجاف (0% رطوبة) بالعلاقة:



حيث هي درجة الحرارة المئوية (°C).

يمكن استخدام العلاقة التقريبية أيضا عند درجات حرارة قريبية من الصفر المئوي باستخدام مفكوك تايلور للعلاقة السابقة والتوقف عند الحد الثاني:



لاحظ ان سرعة الصوت تصبح 331.3 م\ث عند الصفر المئوي وقد تم الحصول عليها من افتراض قانون الغاز المثالي (انظر التفاصيل بالاسفل).

[عدل] التفاصيل


[عدل] السرعة في الغاز المثالي والهواء




حيث:


معامل اديباتي يمثل نسبة السعة الحرارية للغاز عند ثبوت الحجم (),.
p الضغط.
الكثافة
ولكن في الغاز المثالي,



وبالتعويض عن ρ بـnM/V, تصبح العلاقة كالتالي:



حيث

• سرعة الصوت في الغاز المثالي.
  
• (تقريبا 8.3145 J·mol⁻¹·K⁻¹) الثابت الجزيئي للغاز.
  
• ثابت بولتزمان
  
• (جاما) العامل الاديباتي.
  
• الحرارة المطلقة مقدرة بال كلفن.
  
• الكتلة الجزيئية بالكيلوجرام لكل مول,
  
• كتلة الجزيء الواحد بالكيلوجرام.
  

موضوع رائع