راهنمایی کوتاه: سرعت انتشار صوت در یک محیط به ویژگیهای آن محیط بستگی دارد.
گامبهگام:
- ۱) به یاد بیاور که موج صوتی یک موج مکانیکی است و برای انتشار نیاز به یک محیط مادی (مثل هوا، آب یا جامدات) دارد.
- ۲) سرعت صوت در یک محیط به دو ویژگی اصلی آن محیط وابسته است: چگالی و الاستیسیته (کشسانی).
- ۳) الاستیسیته (مدول الاستیک): هرچه ماده کشسانتر باشد (مثل فولاد)، ذرات آن راحتتر و سریعتر پس از تغییر شکل به حالت اول برمیگردند. این باعث میشود موج صوتی سریعتر منتشر شود. در گازها، این خاصیت با فشار و دمای گاز مرتبط است.
- ۴) چگالی: هرچه چگالی محیط بیشتر باشد (مثل سرب)، جرم ذرات بیشتر است و حرکت آنها سختتر. این معمولاً باعث کاهش سرعت صوت میشود. اما همیشه این رابطه ساده نیست، زیرا الاستیسیته همزمان اثر میگذارد.
- ۵) برای یک گاز ایدهآل، سرعت صوت با جذر دمای مطلق (کلوین) نسبت مستقیم و با جذر جرم مولی نسبت معکوس دارد. بنابراین دما و جرم مولی گاز هم از عوامل مهم هستند.
- ۶) در نتیجه، دو عامل اصلی و کلی موثر بر تندی انتشار موج صوتی در یک محیط عبارتند از: خواص کشسانی (الاستیک) محیط و چگالی محیط.
پاسخ نهایی:
دو عامل اصلی موثر بر تندی (سرعت) انتشار موج صوتی در یک محیط عبارتند از:
۱) الاستیسیته (کشسانی) محیط (مانند مدول یانگ در جامدات یا مدول حجمی در سیالات).
۲) چگالی محیط.
مثال مشابه:
سرعت صوت در فولاد (که هم کشسان است و هم چگالی بالایی دارد) حدود ۵۹۰۰ متر بر ثانیه است، در حالی که در هوا (با چگالی کم و کشسانی کمتر) در دمای اتاق حدود ۳۴۰ متر بر ثانیه است. کشسانی فولاد اثر قویتری دارد و سرعت را بسیار بالا میبرد.
اگر میخواهی بیشتر یاد بگیری:
میتوانی رابطه سرعت صوت در یک گاز ایدهآل را بررسی کنی: که در آن γ ضریب اتمیبودگی، R ثابت جهانی گازها، T دمای مطلق و M جرم مولی گاز است. این رابطه نشان میدهد دما و جرم مولی چگونه بر سرعت اثر میگذارند.
