Cesko.wiki Rychlost zvuku
Author
Albert FloresRychlost zvuku je fyzikální veličina, která udává, jak rychle se šíří zvukové vlnění prostorem. V prostorech bez hmoty, jako je například vakuum, se zvuk nešíří, protože k jeho šíření je potřeba hmotná látka, ve které se vlní tlak a hustota lze přenášet. Rychlost zvuku většinou odpovídá rychlosti, kterou se zvuk šíří v plynech nebo kapalinách, a naopak je v pevných látkách pomalejší. Nejrychlejší rychlost zvuku je dosažena v nejtužších pevných látkách, jako je diamant. Rychlost zvuku se liší při různých teplotách a tlacích, proto je možné ji měřit a zkoumat pomocí různých experimentů. V praxi se rychlost zvuku využívá například při ultrazvukových vyšetřeních nebo při akustických měřeních v technických aplikacích. Rychlost zvuku je důležitým fyzikálním parametrem a zohledňuje se při konstrukci a návrhu různých zařízení a technických systémů.
Rychlost zvuku je rychlost, jakou se zvukové vlny šíří prostředím. Často se tímto pojmem myslí rychlost zvuku ve vzduchu, která závisí na atmosférických podmínkách. Největší vliv na její hodnotu má teplota vzduchu. Při teplotě 20 °C je rychlost zvuku v suchém vzduchu 343 m/s, tj. 1235 km/h.
Rychlost zvuku v ideálním plynu
V ideálním plynu pro rychlost zvuku platí vzorec :c = \sqrt{\kappa\frac{p_0}{\rho_0}}\left(1+\frac{1}{2}\gamma t\right), kde p_0 je tlak plynu při teplotě 0 °C, \rho_0 příslušná hustota a \gamma teplotní rozpínavost pro daný plyn.
Historie měření rychlosti zvuku
První, kdo se pokusil změřit rychlost zvuku ve vzduchu, byl Marin Mersenne. Při pokusech s kanónem naměřil rychlost 428 m/s. +more Rychlost zvuku ve vodě poprvé přesně měřili Jean-Daniel Colladon a Jacques Charles François Sturm. Na ženevském jezeře postavili v roce 1827 dvě loďky do vzdálenosti 13487 m. Speciální zařízení zároveň uhodilo do zvonu, ponořeného do vody a odpálilo nálož střelného prachu. Pozorovatel na druhé loďce naměřil rozdíl mezi akustickým a optickým signálem 9,4 s, což odpovídá 1435 m/s.
Rychlosti zvuku v některých látkách
| Látka | Rychlost m/s | Rychlost km/h |
|---|---|---|
| Oxid uhličitý (25 °C) | 259 | 932 |
| Kyslík (25 °C) | 316 | 1138 |
| Suchý vzduch (0 °C) | 331 | 1193 |
| Suchý vzduch (20 °C) | 343 | 1235 |
| Suchý vzduch (25 °C) | 346 | 1247 |
| Helium (0 °C) | 970 | 3492 |
| Vodík (0 °C) | 1270 | 4572 |
| Rtuť (20 °C) | 1400 | 5040 |
| Destilovaná voda (25 °C) | 1497 | 5389 |
| Mořská voda (13 °C) | 1500 | 5400 |
| Led (−4 °C) | 3250 | 11700 |
| Stříbro (20 °C) | 2700 / 3700 | 9720 / 13320 |
| Měď (20 °C) | 3500 / 4720 | 12600 / 16992 |
| Ocel (20 °C) | 5000 / 6000 | 18000 / 21600 |
| Sklo (20 °C) | 5200 | 18720 |
| Hliník (20 °C) | 5200 / 6400 | 18720 / 23040 |
V neohraničených pevných látkách se obecně šíří zvuk ve třech vlnách - jedné podélné a dvou příčných (v izotropních látkách jsou ty dvě příčné vlny degenerované - tedy se šíří stejně rychle). Nejrychlejší je podélná vlna. +more V ohraničených pevných látkách se zvuk šíří pomaleji (protože „drhne o stěnu“).
U pevných látek záleží měření na tom, jestli se měří podélné vlnění v kompaktní hmotě, nebo příčné vlnění na tyči. V kompaktní hmotě je rychlost vyšší. +more Limitem by mohlo být 36 000 m/s.
Rychlost zvuku ve vzduchu
Přibližná (červeně) a skutečná (zeleně) závislost rychlosti zvuku na teplotě. +more Vlevo uvedený lineární vzorec lze proto použít jen v okolí několika desítek stupňů od teploty 0°C Ze vzorce pro rychlost zvuku v ideálním plynu vyplývá, že pro rychlost zvuku v suchém vzduchu platí zhruba následující vztah: : c = \left( 331{,}57 + 0{,}607\cdot t \right) \; \text{ms}^{-1} * t je teplota ve stupních Celsia. * Rychlost zvuku tedy závisí jen na teplotě, nikoliv na tlaku. * Tento zjednodušený vzorec je se zanedbatelnou chybou použitelný přibližně v rozsahu od −100 °C do 100 °C.
Následující tabulka udává přibližné rychlosti zvuku v různých nadmořských výškách:
| Nadmořská výška | Teplota vzduchu | Rychlost m/s | Rychlost km/h |
|---|---|---|---|
| Hladina moře | 15 °C | 340 | 1224 |
| 11 000 m - 20 000 m | −57 °C | 295 | 1062 |
| 29 000 m | −48 °C | 301 | 1084 |
Šíření zvuku ve vakuu
K šíření zvuku je potřeba nějakého látkového prostředí. To je takové prostředí, ve kterém jsou nějaké částice - například částice plynů ve vzduchu. +more Proto se zvuk nešíří ve vakuu, které v ideálním případě neobsahuje žádné částice.
Odkazy
Reference
Související články
Aerodynamický třesk - jev nastávající v okamžiku, kdy se rychlost zvuku a rychlost zdroje zvuku rovnají. * Machovo číslo
Externí odkazy
Kategorie:Akustika Kategorie:Fyzikální veličiny Kategorie:Materiálové konstanty Kategorie:Rychlost