Tốc độ âm thanh

Đo đạc âm thanh
Đặc tính	Ký hiệu Bạn đang xem: tốc độ truyền âm phụ thuộc vào
Áp suất âm thanh	p, SPL
Vận tốc hạt	v, SVL
Dịch gửi hạt	δ
Cường chừng âm thanh	I, SIL
Công suất âm thanh	P, SWL
Năng lượng âm thanh	W
Mật chừng tích điện âm thanh	w
Phơi nhiễm âm thanh	E, SEL
Trở kháng âm thanh	Z
Vận tốc âm thanh	c
Tần số âm thanh	AF
Tổn thất truyền đạt	TL

x t s

Vận tốc âm thanh là véc tơ vận tốc tức thời Viral sóng tiếng động nhập một môi trường thiên nhiên truyền âm (xét nhập hệ quy chiếu tuy nhiên môi trường thiên nhiên truyền âm đứng yên). Vận tốc này thay cho thay đổi tuỳ nằm trong nhập môi trường thiên nhiên truyền âm (ví dụ tiếng động truyền nội địa thời gian nhanh rộng lớn nhập ko khí) và những ĐK vật lý/hóa học tập của môi trường thiên nhiên này, như nhiệt độ chừng. Trong những môi trường thiên nhiên truyền âm dị phía, véc tơ vận tốc tức thời tiếng động có tính rộng lớn tùy theo phía Viral. Trong những môi trường thiên nhiên đẳng phía, sự cân đối của véc tơ vận tốc tức thời tiếng động (tốc chừng âm thanh) bất biến theo phía Viral.

Trong nhiều nghành nghề dịch vụ của cuộc sống, thuật ngữ này thông thường được dùng làm chỉ vận tốc của tiếng động nhập bầu không khí (khí quyển Trái Đất); một môi trường thiên nhiên truyền âm thông thườn, đẳng phía. Tại mực nước biển cả, bên trên nhiệt độ chừng 21 °C (70 °F) và với áp suất chi tiêu chuẩn chỉnh, vận tốc tiếng động nhập bầu không khí là khoảng chừng 343.2 m/s (768 mph hoặc 1236 km/h). Nhưng tiếng động ko thể truyền nhập chân ko, vì như thế tự nhập chân ko không tồn tại những phân tử cấu trúc nhằm truyền nhập tiếng động, còn sở dĩ những hóa học lỏng khí rắn truyền nhập tiếng động vì như thế tự những phân tử cấu trúc nhập bọn chúng hoạt động thực hiện xấp xỉ tiếng động. Âm thanh ý nghĩa rộng lớn với loài người và có tương đối nhiều phần mềm nhập cuộc sống thường ngày. Do hiệu quả của loài người thực hiện ô nhiễm và độc hại giờ đồng hồ ồn, tạo nên nhiều tác động xấu xa cho tới sức mạnh của loài người, cho nên vì thế loài người vẫn mò mẫm cơ hội kháng ô nhiễm và độc hại giờ đồng hồ ồn ví dụ như: trồng cây tức thì khu vực dân sinh sống vì như thế khi tiếng động cho tới bắt gặp giã cây sẽ ảnh hưởng phân giã rời khỏi theo dõi từng phía, hoặc sử dụng tấm vải vóc nhung nhằm kháng giờ đồng hồ ồn.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Isaac Newton vẫn tính véc tơ vận tốc tức thời tiếng động là 979 foot bên trên giây (298 m/s), bị thấp khoảng chừng 15%,^[1] ông vẫn bỏ dở cảm giác dịch chuyển nhiệt; cái tuy nhiên sau đây và đã được thay thế vì như thế Laplace.^[2]

Trong thế kỷ XVII, vẫn với những nỗ lực trong các công việc đo vận tốc tiếng động một cơ hội đúng chuẩn, bao hàm đo lường Marin Mersenne năm 1630 (1.380 Parisian feet bên trên giây), Pierre Gassendi năm 1635 (1.473 Parisian feet bên trên giây) và Robert Boyle (1.125 Parisian bên trên giây).^[3]

Năm 1709, William Derham, vẫn xuất bạn dạng một đo lường đúng chuẩn rộng lớn, 1.072 Parisian feet bên trên giây.^[3] Derham dùng viễn kính kể từ tháp thánh địa St Laurence, Upminster nhằm để ý tia sát kể từ súng ngắn ngủi được phun không ở gần, và tiếp sau đó đo thời hạn ông ấy nghe thấy giờ đồng hồ súng với ngược nhấp lên xuống nửa giây. Các đo lường về phân phát súng và đã được triển khai kể từ một vài địa điểm địa hạt, bao hàm thánh địa Bắc Ockendon. Khoảng cơ hội được xem vì như thế luật lệ đạc tam giác, và bởi vậy vận tốc tiếng động dịch chuyển được xem.^[4]

Công thức[sửa | sửa mã nguồn]

Tốc chừng tiếng động nhập ký hiệu toán học tập là chữ c, nhập giờ đồng hồ Latin celeritas tức là "vận tốc".

Tốc chừng tiếng động c được thể hiện vì như thế phương trình Newton–Laplace:

trong đó

K_s là thông số của chừng cứng, tế bào đun khối đẳng entropy (hoặc tế bào đun đàn hồi khối với hóa học khí);
ρ là lượng riêng rẽ.

Do cơ Tốc chừng tiếng động tạo thêm cùng theo với chừng cứng (sự kháng lại biến hóa bên dưới ứng dụng lực của vật đàn hồi) của vật liệu, và hạn chế khi lượng riêng rẽ tạo thêm. Với khí hoàn hảo tế bào đun khối K giản dị và đơn giản là áp suất khi nhân với chỉ số đoạn nhiệt độ, cái tuy nhiên có mức giá trị khoảng chừng 1,4 với khí nhập ĐK áp suất nhiệt độ chừng thông thường.

Với phương trình hiện trạng tổng quát lác, nếu như cơ học tập cổ xưa được dùng, vận tốc tiếng động c là

trong đó

p là áp suất;
ρ là lượng riêng rẽ và đạo hàm đượng tính theo dõi đẳng entropy, ở hằng số entropy s.

Nếu cảm giác kha khá hẹp là cần thiết, vận tốc tiếng động được xem theo dõi phương trình kha khá Euler.

Công thức thực hành thực tế mang đến bầu không khí khô[sửa | sửa mã nguồn]

Tốc chừng xấp xỉ của tiếng động nhập bầu không khí thô (độ độ ẩm 0%), đơn vị chức năng mét bên trên giây, ở nhiệt độ chừng ngay gần 0 °C, rất có thể được xem từ

trong cơ là nhiệt độ chừng Celsius (°C).

Phương trình này được suy rời khỏi kể từ nhì số hạng trước tiên nhập chuỗi Taylor kể từ phương trình đúng chuẩn rộng lớn ban đầu:

Chia phần trước tiên và nhân phần loại nhì ở vế cần mang đến √273,15 được

Giá trị 331,3 m/s, ở nhiệt độ chừng 0 °C (hoặc 273,15 K), là dựa vào độ quý hiếm của tỉ trọng nhiệt độ dung γ theo dõi lý thuyết (và một vài ba tính toán), na ná bên trên thực tiễn ở một atm ko khi thiệt được tế bào mô tả xấp xỉ vì như thế khí hoàn hảo. Giá trị phổ cập của vận tốc tiếng động ở 0 °C rất có thể thay cho thay đổi kể từ 331,2 cho tới 331,6 tự do những giả thiết khi nó được xem toán. Nếu mang đến khí hoàn hảo γ là đích thị 7/5 = 1,4, vận tốc 0 °C được xem là 331,3 m/s, với những thông số dùng bên trên.

Phương trình này đích thị với phạm vi nhiệt độ phạm vi rất nhiều, vẫn dựa vào tỉ trọng nhiệt độ dung xấp xỉ tùy theo nhiệt độ chừng, và vì như thế nguyên nhân này nó ko đích thị với nhiệt độ chừng cao hơn nữa. Nó thể hiện Dự kiến chất lượng về những ĐK kha khá thô, đuối, rét, áp suất thất, ví như tầng bình lưu của Trái Đất. Phương trình ko đích thị với áp xuất vượt lên trên thấp và bước từ trường, tự sự tùy theo giả thiết là bước sóng của tiếng động nhập khí to hơn nhiều quãng lối tự tại tầm trong những chạm va phân tử khí.

Đồ thị đối chiếu sản phẩm của nhì phương trình ở phía ở bên phải, dùng độ quý hiếm khá không giống là 331,5 m/s mang đến vận tốc tiếng động ở 0 °C.

Số Mach[sửa | sửa mã nguồn]

Số Mach, một đại lượng hữu ích nhập khí động lực học tập, là tỉ trọng thân thuộc vận tốc bầu không khí và vận tốc tiếng động. Tại chừng cao, tự một vài nguyên nhân được phân tích và lý giải, số Mach là 1 trong những hàm nhiệt độ chừng.

Dụng cụ cất cánh của dòng sản phẩm cất cánh, tuy vậy, dùng đạo hàm áp suất nhằm tính số Mach chứ không nhiệt độ chừng. Sự giải quyết định là với 1 áp suất chắc chắn ở một chừng cao, bởi vậy với nhiệt độ chừng chắc chắn. Dụng cụ cất cánh của dòng sản phẩm cất cánh cần thiết vận hành Theo phong cách này vì như thế áp lực nặng nề trì trệ được cảm biến vì như thế ống Pitot tùy theo chừng cao và vận tốc.

Thông tin[sửa | sửa mã nguồn]

Bảng[sửa | sửa mã nguồn]

Trong khoảng không gian chi tiêu chuẩn:

Xem thêm: tìm tọa độ giao điểm của 2 đường thẳng

T₀ là 273,15 K (= 0 °C = 32 °F), thể hiện độ quý hiếm bên trên lý thuyết là 331,3 m/s (= 1086,9 ft/s = 1193 km/h = 741,1 dặm/h = 644,0 kn). Tuy nhiên những độ quý hiếm trong tầm 331,3 - 331,6 rất có thể nhìn thấy trong những tư liệu tham lam khảo;
T₂₀ là 293,15 K (= 20 °C = 68 °F), thể hiện độ quý hiếm 343,2 m/s (= 1126,0 ft/s = 1236 km/h = 767,8 mph = 667,2 kn);
T₂₅ là 298,15 K (= 25 °C = 77 °F), thể hiện độ quý hiếm 346,1 m/s (= 1135,6 ft/s = 1246 km/h = 774,3 mph = 672,8 kn).

Trên thực tiễn, nhập khí hoàn hảo, vận tốc tiếng động c chỉ phục nằm trong nhập nhiệt độ chừng, không cần áp suất hoặc khối lượng riêng. Không khí gần như là là khí hoàn hảo. Nhiệt chừng bầu không khí thay cho thay đổi với chừng cao, đưa đến thay cho thay đổi nhập vận tốc tiếng động.

Tác động của nhiệt độ chừng lên những đặc điểm của ko khí
Nhiệt độ T (Celsius\|°C)	Tốc chừng âm thanh c (m/s)	Khối lượng riêng rẽ của ko khí ρ (kg/m³)	Trở kháng tiếng động đặc thù riêng z₀ (Pa·s/m)
35	351,88	1,1455	403,2
30	349,02	1,1644	406,5
25	346,13	1,1839	409,4
20	343,21	1,2041	413,3
15	340,27	1,2250	416,9
10	337,31	1,2466	420,5
5	334,32	1,2690	424,3
0	331,30	1,2922	428,0
−5	328,25	1,3163	432,1
−10	325,18	1,3413	436,1
−15	322,07	1,3673	440,3
−20	318,94	1,3943	444,6
−25	315,77	1,4224	449,1

Trong ĐK khí quyển thông thường, nhiệt độ chừng và bởi vậy cả vận tốc tiếng động thay cho thay đổi với chừng cao:

Độ cao	Nhiệt độ	m/s	km/h	dặm/h	kn
Mực nước biển	15 °C (59 °F)	340	1.225	761	661
11.000 m−20.000 m (Độ cao của mô tơ thương nghiệp, và chuyến cất cánh siêu thanh đầu tiên)	−57 °C (−70 °F)	295	1.062	660	573
29.000 m (chuyến cất cánh của X-43A)	−48 °C (−53 °F)	301	1.083	673	585

Môi ngôi trường không tồn tại khí[sửa | sửa mã nguồn]

Vận tốc tiếng động nhập hóa học rắn[sửa | sửa mã nguồn]

Chất rắn tía chiều[sửa | sửa mã nguồn]

Trong một hóa học rắn, với 1 chừng cứng không giống ko với cả biến dị thể tích và biến dị hạn chế. Do cơ, rất có thể tạo nên là sóng âm với những véc tơ vận tốc tức thời không giống nhau tùy theo loại biến dị. Sóng âm đưa đến biến dị thể tích (sự nén) và biến dị hạn chế (sự cắt) được gọi là sóng áp suất (sóng ngang) và sóng hạn chế (sóng dọc), theo thứ tự. Trong động khu đất, những sóng địa hóa học ứng được gọi là sóng P.. (sóng sơ cấp) và sóng S (sóng loại cấp), theo thứ tự. Vận tốc tiếng động của nhì loại sóng này truyền nhập một vật rắn tía chiều tương đồng theo thứ tự là^[6]

c_{chất rắn,p}

c_{chất rắn,s}

với

K là tế bào đun khối của vật tư đàn hồi;
G là tế bào đun hạn chế của vật tư đàn hồi;
E là tế bào đun Young;
ρ là lượng riêng;
ν là tỷ trọng Poisson.

Đại lượng sau cùng ko cần một đại lượng song lập, vì như thế E = 3K(1 − 2ν). Chú ý rằng véc tơ vận tốc tức thời của sóng áp suất tùy theo cả đặc điểm kháng áp suất và hạn chế của vật tư, trong những khi véc tơ vận tốc tức thời sóng thái sợi chỉ tùy theo đặc điểm hạn chế.

Điển hình, sóng áp suất dịch chuyển thời gian nhanh rộng lớn trong những vật tư đối với sóng hạn chế, và nhập động khu đất đấy là lý sự chính thức của một trận động khu đất thông thường được theo dõi trước vì như thế một chấn động thời gian nhanh tăng lên và giảm xuống, trước lúc sóng tuy nhiên đưa đến hoạt động kể từ mặt mũi này qua chuyện mặt mũi cơ tiếp cận. Ví dụ, một kim loại tổng hợp thép điển hình nổi bật, K = 170 GPa, G = 80 GPa và ρ = 7,700 kg/m³, thể hiện véc tơ vận tốc tức thời nén c_{chất rắn,p} là 6,000 m/s.^[6] Vấn đề này kha khá thỏa mãn nhu cầu với c_{chất rắn,p} đo một cơ hội thực nghiệm ở 5.930 m/s so với một loại (có thể khác) thép.^[7] Vận tốc hạn chế c_{chất rắn,s} được ước tính ở 3.200 m/s bằng phương pháp dùng những số liệu tương tự động.

Chất rắn một chiều[sửa | sửa mã nguồn]

Vận tốc tiếng động so với sóng áp suất nhập vật liệu cứng như thể sắt kẽm kim loại nhiều khi được xem với 1 "dây dài" vật tư mang đến trước, nhập cơ véc tơ vận tốc tức thời dễ dàng đo rộng lớn. Trong chão tuy nhiên với 2 lần bán kính ngắn lại một bước sóng, véc tơ vận tốc tức thời sóng áp suất tinh ma khiết rất có thể giản ước và tính bởi:

c_{chất rắn}

với E là tế bào đun Young. Nó tương tự động với công thức của sóng hạn chế, lưu giữ rằng tế bào đun Young thay cho thế tế bào đun hạn chế. Vận tốc tiếng động này với sóng áp suất nhập chão dày tiếp tục luôn luôn thấp hơn một ít đối với véc tơ vận tốc tức thời tương tự động nhập hóa học rắn tía chiều tương đồng, và tỷ trọng véc tơ vận tốc tức thời nhập nhì loại vật không giống nhau tùy theo tỷ trọng Poisson của vật tư.

Vận tốc tiếng động nhập hóa học lỏng[sửa | sửa mã nguồn]

Trong hóa học lỏng chừng cứng không giống ko có một không hai là biến dị thể tích (chất lỏng ko giữ lại lực cắt).

Do cơ véc tơ vận tốc tức thời tiếng động nhập hóa học lỏng là

c_{chất lỏng}

với K là tế bào đun khối của hóa học lỏng.

Nước[sửa | sửa mã nguồn]

Trong nước nhập, tiếng động dịch chuyển khoảng chừng 1481 m/s bên trên 20 °C (xem Liên kết ngoài).^[8] Ứng dụng của tiếng động bên dưới nước rất có thể được thấy ở sonar, liên hệ tiếng động và hải dương học tập tiếng động.

Nước biển[sửa | sửa mã nguồn]

Trong nước ông tơ không tồn tại lớp bọt do khí tạo ra hoặc trầm tích lửng lơ, tiếng động dịch chuyển khoảng chừng 1500 m/s (1500.235 m/s bên trên 1000 kilopascal, 10 °C và chừng đậm 3% vì như thế một phương pháp).^[9] Vận tốc tiếng động nội địa biển cả tùy theo áp suất (do này là chừng sâu), nhiệt độ chừng (thay thay đổi 1 °C ~ 4 m/s), và chừng đậm (thay thay đổi 1‰ ~ 1 m/s), và phương trình thực nghiện được chứng tỏ nhằm đo lường đúng chuẩn véc tơ vận tốc tức thời tiếng động kể từ những đổi thay này.^[10]^[11] Các thông số không giống hiệu quả cho tới véc tơ vận tốc tức thời của tiếng động ko đáng chú ý. Vì nhiệt độ chừng hạn chế với chừng thâm thúy trong những khi áp suất và chừng đậm tăng, thiết bị thị véc tơ vận tốc tức thời với chừng thâm thúy thông thường đã cho thấy một lối cong đặc thù tuy nhiên hạn chế cho tới vô cùng tè ở chừng thâm thúy vài ba tăm mét, tiếp sau đó tăng lại với chừng thâm thúy tạo thêm (bên phải).^[12] Để hiểu biết thêm vấn đề coi Dushaw et al.^[13]

Một phương trình thực nghiệm giản dị và đơn giản mang đến véc tơ vận tốc tức thời tiếng động nội địa biển cả với chừng đúng chuẩn kha khá cho những biển bên trên toàn cầu tự Mackenzie:^[14]

trong đó

T là nhiệt độ chừng tính theo dõi chừng C;
S là chừng đậm tính theo dõi phần nghìn;
z là chừng thâm thúy tính theo dõi mét.

Hằng số a₁, a₂, …, a₉ là

với độ quý hiếm đánh giá 1550,744 m/s so với T = 25 °C, S = 35 phần nghìn, z = 1.000 m. Phương trình này còn có sai số chi tiêu chuẩn chỉnh 0,070 m/s so với chừng đậm thân thuộc 25 và 40 phần ngàn. Xem Technical Guides. Speed of Sound in Sea-Water Lưu trữ 2008-12-01 bên trên Wayback Machine so với đo lường trực tuyến.

Các phương trình không giống mang đến véc tơ vận tốc tức thời tiếng động nội địa biển cả đúng chuẩn nhập hàng loạt những ĐK không giống nhau, tuy nhiên phức tạp hợp ý nhiều, ví dụ phương trình vì như thế V. A. Del Grosso^[15] và phương trình Chen-Millero-Li.^[13]^[16]

Xem thêm: i haven't enjoyed myself so much for years

Vận tốc tiếng động nhập plasma[sửa | sửa mã nguồn]

Vận tốc tiếng động nhập plasma so với tình huống phổ cập tuy nhiên electron rét rộng lớn ion (nhưng ko rét rộng lớn vượt lên trên nhiều) được xem vì như thế công thức (xem ở đây)

với

m_i là lượng ion;
μ là tỷ trọng lượng ion bên trên lượng proton μ = m_i/m_p;
T_e là nhiệt độ chừng electron;
Z là hiện trạng năng lượng điện tích;
k là hằng số Boltzmann;
γ là chỉ số đoạn nhiệt độ.

Ngược lại với khí, áp suất và lượng riêng rẽ được cung ứng vì như thế những bộ phận riêng lẻ, áp suất vì như thế electron và lượng riêng rẽ vì như thế ion. Hai đặc điểm được phối kết hợp qua chuyện năng lượng điện ngôi trường thay cho thay đổi.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

^ “The Speed of Sound”. mathpages.com. Truy cập ngày 3 mon 5 năm 2015.
^ Bannon, Mike; Kaputa, Frank. “The Newton–Laplace Equation and Speed of Sound”. Thermal Jackets. Truy cập ngày 3 mon 5 năm 2015.
^ ^a ^b Murdin, Paul (25 mon 12 năm 2008). Full Meridian of Glory: Perilous Adventures in the Competition to tát Measure the Earth. Springer Science & Business Media. tr. 35–36. ISBN 9780387755342.
^ Fox, Tony (2003). Essex Journal. Essex Arch & Hist Soc. tr. 12–16.
^ Nemiroff, R.; Bonnell, J. chỉnh sửa (19 mon 8 năm 2007). “A Sonic Boom”. Astronomy Picture of the Day. NASA. Truy cập ngày 24 mon 10 năm 2010.
^ ^a ^b L. E. Kinsler et al. (2000), Fundamentals of acoustics, 4th Ed., John Wiley and sons Inc., Thủ đô New York, USA.
^ J. Krautkrämer and H. Krautkrämer (1990), Ultrasonic testing of materials, 4th fully revised edition, Springer-Verlag, Berlin, Germany, p. 497
^ “Speed of Sound in Water at Temperatures between 32–212 oF (0–100 oC) — imperial and SI units”. The Engineering Toolbox.
^ Wong, George S. K.; Zhu, Shi-ming (1995). “Speed of sound in seawater as a function of salinity, temperature, and pressure”. The Journal of the Acoustical Society of America. 97 (3): 1732. doi:10.1121/1.413048.
^ APL-UW TR 9407 High-Frequency Ocean Environmental Acoustic Models Handbook Lưu trữ 2003-04-02 bên trên Library of Congress Web Archives, pp. I1-I2.
^ Robinson, Stephen (22 mon 9 năm 2005). “Technical Guides - Speed of Sound in Sea-Water”. National Physical Laboratory. Bản gốc tàng trữ ngày 29 tháng bốn năm 2017. Truy cập ngày 7 mon 12 năm 2016.
^ “How Fast Does Sound Travel?”. Discovery of Sound in the Sea. University of Rhode Island. Bản gốc tàng trữ ngày đôi mươi mon 5 năm 2017. Truy cập ngày 30 mon 11 năm 2010.
^ ^a ^b Dushaw, Brian D.; Worcester, P.. F.; Cornuelle, B. D.; Howe, B. M. (1993). “On Equations for the Speed of Sound in Seawater”. Journal of the Acoustical Society of America. 93 (1): 255–275. Bibcode:1993ASAJ...93..255D. doi:10.1121/1.405660.
^ Kenneth V., Mackenzie (1981). “Discussion of sea-water sound-speed determinations”. Journal of the Acoustical Society of America. 70 (3): 801–806. Bibcode:1981ASAJ...70..801M. doi:10.1121/1.386919.
^ Del Grosso, V. A. (1974). “New equation for tốc độ of sound in natural waters (with comparisons to tát other equations)”. Journal of the Acoustical Society of America. 56 (4): 1084–1091. Bibcode:1974ASAJ...56.1084D. doi:10.1121/1.1903388.
^ Meinen, Christopher S.; Watts, D. Randolph (1997). “Further Evidence that the Sound-Speed Algorithm of Del Grosso Is More Accurate Than that of Chen and Millero”. Journal of the Acoustical Society of America. 102 (4): 2058–2062. Bibcode:1997ASAJ..102.2058M. doi:10.1121/1.419655.

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]

Calculation: Speed of sound in air and the temperature
Speed of sound - temperature matters, not air pressure
Properties Of The U.S. Standard Atmosphere 1976
The Speed of Sound
How to tát measure the tốc độ of sound in a laboratory
Teaching resource for 14-16 yrs on sound including tốc độ of sound Lưu trữ 2012-03-13 bên trên Wayback Machine
Technical Guides - Speed of Sound in Pure Water Lưu trữ 2008-12-01 bên trên Wayback Machine
Technical Guides - Speed of Sound in Sea-Water Lưu trữ 2008-12-01 bên trên Wayback Machine
Did sound once travel at light speed? Lưu trữ 2008-05-14 bên trên Wayback Machine