Deskripsi dan formula kecepatan suara, perhitungan, faktor

Itu Kecepatan suara Itu setara dengan kecepatan yang di mana gelombang longitudinal diperbanyak dalam media tertentu, menghasilkan kompresi dan ekspansi berturut -turut, yang diinterpretasikan oleh otak sebagai suara.

Dengan demikian, gelombang suara menempuh jarak tertentu per unit waktu, yang tergantung pada media yang melaluinya bergerak. Memang, gelombang suara membutuhkan media material untuk menghasilkan kompresi dan ekspansi yang kami sebutkan di awal. Itu sebabnya suaranya tidak menyebar.

Gambar 1. Pesawat supersonik memecahkan penghalang suara. Sumber: Pixbay

Tapi saat kita hidup terendam di laut udara, gelombang suara memiliki sarana untuk bergerak dan membiarkan audisi. Kecepatan suara di udara dan pada 20 ºC adalah 343 m/s (1087 kaki/s) kira -kira, atau sekitar 1242 km/jam jika lebih disukai.

Untuk menemukan kecepatan suara dalam suatu media, Anda harus tahu sedikit tentang sifat -sifat ini.

Karena media material dimodifikasi secara bergantian sehingga suara dapat menyebar, ada baiknya mengetahui betapa mudah atau sulitnya mengubah bentuknya. Modul kompresibilitas B menawarkan informasi itu kepada kami.

Di sisi lain, kepadatan medium, dilambangkan sebagai ρ Itu juga akan relevan. Media apa pun memiliki inersia yang diterjemahkan menjadi perlawanan terhadap lewatnya gelombang suara, dalam hal ini kecepatannya akan lebih rendah.

[TOC]

Cara menghitung kecepatan suara?

Kecepatan suara dalam media tergantung pada sifat elastisnya, dan inersia yang menyajikan. Menjadi v Kecepatan suara, secara umum memang benar bahwa:

Properti elastis diwakili dengan modul volumetrik B, sedangkan properti inersia diberikan oleh kepadatan. Dengan demikian:

Ekspresi ini berlaku untuk suara dengan menggerakkan cairan seperti udara, misalnya.

Dapat melayani Anda: magnitudo vektor

Hukum Hooke menetapkan bahwa deformasi di tengah sebanding dengan upaya yang diterapkan. Konstanta proporsionalitas justru modul kompresibilitas atau modul volumetrik material, yang didefinisikan sebagai:

B = - deformasi/deformasi kesatuan

Deformasi kesatuan adalah perubahan volume  Dv dibagi antara volume aslinya V_{salah satu}. Seperti halnya hasil bagi volume, ia tidak memiliki dimensi. Tanda lebih sedikit sebelumnya B berarti bahwa mengingat upaya yang dilakukan, yang merupakan peningkatan tekanan, volume akhir kurang dari awal. Dengan semua ini kita dapatkan:

B = -ΔP/ (ΔV/v_{salah satu})

Dalam gas, modul volumetrik sebanding dengan tekanan P, menjadi konstan proporsionalitas γ, disebut konstanta adiabatik gas. Cara ini:

B = γp

Unit B sama dengan tekanan. Akhirnya kecepatan tetap:

Kecepatan suara dalam gas ideal dan padat yang diperluas

Dengan asumsi bahwa media adalah gas yang ideal, tekanan dapat diganti P Dalam ungkapan yang diberikan untuk kecepatan. Untuk gas ideal terpenuhi bahwa:

Di mana ρ Itu adalah kepadatan, seperti yang kami katakan sebelumnya, R Itu adalah konstanta gas, M Itu adalah massa molekul dan T Ini adalah suhu absolut di Kelvin. Dengan cara ini kecepatan suara dalam gas yang ideal adalah:

Gambar 2. Dengan demikian suaranya bergerak dalam medium. Sumber: Wikimedia Commons. Christophe Dang Ngoc Chan (CDang) [CC BY-SA 3.0 (http: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/]]

Sekarang mari kita lihat apa yang terjadi jika mediumnya adalah padatan yang diperpanjang. Dalam hal ini, properti lain dari media harus diperhitungkan, yang merupakan tanggapan Anda terhadap upaya geser atau memotong:

Di mana S Itu adalah modul potong yang dibuat referensi. Dalam semua ini kami mengasumsikan media isotropik, yaitu, yang sifatnya selalu sama.

Dapat melayani Anda: pelebaran termal

Faktor -faktor di mana kecepatan suara tergantung

Seperti yang telah kita lihat, kecepatan suara dalam suatu media dapat ditentukan dengan mengetahui sifat -sifat medium tersebut. Bahan yang sangat elastis membiarkan suara menyebar lebih mudah, sementara yang terpadat menentang.

Suhu adalah faktor penting lainnya. Dari persamaan untuk kecepatan suara dalam gas yang ideal, dapat dilihat bahwa pada suhu yang lebih tinggi T, kecepatan yang lebih tinggi. Seperti biasa, semakin besar massa molekul M, kecepatan lebih rendah.

Oleh karena itu kecepatan suara tidak sepenuhnya konstan, karena kondisi atmosfer dapat memperkenalkan variasi nilai. Diharapkan bahwa pada ketinggian lebih tinggi di atas permukaan laut, di mana suhu menjadi lebih rendah, kecepatan suara turun.

Diperkirakan di udara, kecepatan suara meningkat 0,6 m/s per 1º C yang naik suhu. Di dalam air, tingkatkan 2.5 m/s per 1 º C ketinggian.

Terlepas dari faktor -faktor yang disebutkan di atas -elastisitas, kepadatan dan suhu -ada orang lain yang terlibat dalam penyebaran gelombang suara menurut medium, seperti: misalnya:

-Kelembaban udara

-Salinitas air

-Tekanan

Suara dan suhu

Dari atas, ia benar -benar menjadi faktor penentu dalam kecepatan suara dalam suatu media.

Saat zat dipanaskan, molekulnya memperoleh lebih cepat dan mampu bertabrakan lebih sering. Dan semakin banyak mereka bertabrakan, semakin besar kecepatan suara di dalam.

Suara yang bergerak melalui atmosfer biasanya menarik, karena dalam hal ini kami tenggelam dan kami menghabiskan sebagian besar waktu. Dalam hal ini, hubungan antara kecepatan suara dan suhu adalah sebagai berikut:

331 m/s adalah kecepatan suara di udara pada 0 º C. Pada 20 º C, setara dengan 293 Kelvin, kecepatan suara adalah 343 m/s, seperti yang disebutkan di awal.

Dapat melayani Anda: 13 contoh hukum pertama Newton dalam kehidupan nyata

Nomor Mach

Nomor Mach adalah non -dimensi yang diberikan oleh hasil bagi antara kecepatan objek, biasanya pesawat terbang, dan kecepatan suara. Sangat nyaman mengetahui seberapa cepat sebuah pesawat bergerak sehubungan dengan suara.

Menjadi M Nomor Mach, V kecepatan objek -pesawat terbang-, dan v_S Kecepatan suara, kami punya:

M = v/v_S

Misalnya, jika pesawat bergerak ke Mach 1, kecepatannya sama dengan suara, jika bergerak ke Mach 2 adalah ganda dan seterusnya. Beberapa pesawat militer eksperimental tak berawak bahkan telah mencapai Mach 20.

Suara suara di media yang berbeda (udara, baja, air ...)

Hampir selalu suara bergerak lebih cepat dalam padatan daripada cairan, dan pada gilirannya lebih cepat dalam cairan daripada di gas, meskipun ada beberapa pengecualian. Faktor penentuan adalah elastisitas lingkungan, yang lebih besar sebagai kohesi antara atom atau molekul yang menebusnya,.

Misalnya, dalam air suaranya bergerak lebih cepat daripada di udara. Ini segera diperhatikan dengan merendam kepala di laut. Suara mesin dari kapal yang jauh dapat dilihat lebih mudah daripada ketika mereka keluar dari air.

Kemudian kecepatan suara untuk media yang berbeda, diekspresikan dalam M/S:

• Udara (0 ºC): 331
• Udara (100 ºC): 386
• Air Tawar (25 ºC): 1493
• Air laut (25 ºC): 1533

Padat pada suhu kamar

• Baja (karbon 1018): 5920
• Besi manis: 5950
• Tembaga: 4660
• Rolled Copper: 5010
• Perak: 3600
• Kaca: 5930
• Polystirene: 2350
• Teflon: 1400
• Porselen: 5840

Referensi

1. Elkomer. Tabel kecepatan untuk bahan yang telah ditentukan sebelumnya. Dipulihkan dari: Elcomer.com.
2. POT. Kecepatan suara. Dipulihkan dari: NASA.Pemerintah
3. Tippens, hlm. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit McGraw
4. Serway, r., Vulle, c. 2011. Dasar -dasar fisika. 9^na Ed. Pembelajaran Cengage.
5. Universitas Sevilla. Nomor Mach. Pulih dari: Laplace.kita.adalah