Vận tốc truyền âm trong thép

     

Một âm truyền trong không gian tới tai trong 2 giây. Hỏi quãng mặt đường âm truyền đến tai là bao nhiêu? Biết tốc độ truyền âm trong bầu không khí là 340m/s


*

*

Ở 20 độC, vào một khoảng thời gian nào đó, nếu music truyền vào thép được quãng mặt đường 6,1 km thì trong không gian nó vẫn đi được quãng con đường dài bao nhiêu? Biết vận tốc âm vào thép và không khí theo lần lượt là 6 100m/s và 340 m/s.

Bạn đang xem: Vận tốc truyền âm trong thép

Bạn đã xem: tốc độ truyền âm trong ko khí


Vận tốc âm thanh là vận tốc viral sóng âm thanh trong một môi trường truyền âm (xét trong hệ quy chiếu mà môi trường xung quanh truyền âm đứng yên). Tốc độ này đổi khác tuỳ ở trong vào môi trường thiên nhiên truyền âm (ví dụ music truyền vào nước cấp tốc hơn trong ko khí) và các điều kiện trang bị lý/hóa học của môi trường xung quanh này, như nhiệt độ độ. Trong số những môi trường truyền âm dị hướng, tốc độ âm thanh bao gồm độ lớn phụ thuộc vào vào hướng lan truyền. Trong những môi ngôi trường đẳng hướng, độ lớn của vận tốc âm thanh (tốc độ âm thanh) không biến hóa theo hướng lan truyền.

Đo đạc âm thanh

Đặc tính

Ký hiệu

Áp suất âm thanhp, SPLVận tốc hạtv, SVLDịch gửi hạtδCường độ âm thanhI, SILCông suất âm thanhP, SWLNăng lượng âm thanhWMật độ năng lượng âm thanhwPhơi nhiễm âm thanhE, SELTrở chống âm thanhZVận tốc âm thanhcTần số âm thanhAFTổn thất truyền đạtTL

xts

Trong nhiều nghành nghề của đời sống, thuật ngữ này hay được dùng để chỉ vận tốc của âm nhạc trong không gian (khí quyển Trái Đất); một môi trường truyền âm thông dụng, đẳng hướng. Ở mực nước biển, tại nhiệt độ 21°C (70°F) cùng với áp suất tiêu chuẩn, vận tốc âm thanh trong bầu không khí là khoảng chừng 343.2m/s (768mph tốt 1236km/h).Nhưng âm nhạc không thể truyền vào chân không, vì vị trong chân không không tồn tại các hạt kết cấu để truyền vào âm thanh, còn sở dĩ những chất lỏng khí rắn truyền trong âm nhạc vì do các hạt cấu trúc trong chúng hoạt động làm dao động âm thanh.Âm thanh có chân thành và ý nghĩa lớn với con fan và có tương đối nhiều ứng dụng vào cuộc sống. Do tác động ảnh hưởng của con bạn làm ô nhiễm và độc hại tiếng ồn, tạo nhiều ảnh hưởng xấu đến sức mạnh của bé người, cho nên vì thế con người đã tìm bí quyết chống độc hại tiếng ồn cụ thể như: trồng cây tức thì chỗ dân cư vì khi âm thanh đến chạm mặt tán cây sẽ ảnh hưởng phân tán ra theo mỗi hướng, hoặc cần sử dụng tấm vải nhung để chống tiếng ồn.

Isaac Newton vẫn tính vận tốc âm thanh là 979 foot trên giây (298m/s), bị thấp khoảng tầm 15%,<1> ông đã làm lơ hiệu ứng biến động nhiệt; cái mà trong tương lai đã được thay thế sửa chữa bởi Laplace.<2>

Trong cầm kỷ XVII, đã có những cố gắng trong câu hỏi đo vận tốc âm thanh một cách chủ yếu xác, bao gồm tính toán Marin Mersenne năm 1630 (1.380 Parisian feet bên trên giây), Pierre Gassendi năm 1635 (1.473 Parisian feet bên trên giây) cùng Robert Boyle (1.125 Parisian bên trên giây).<3>

Năm 1709, William Derham, đã xuất phiên bản một tính toán đúng chuẩn hơn, 1.072 Parisian feet trên giây.<3> Derham áp dụng kính viễn vọng từ bỏ tháp nhà thời thánh St Laurence, Upminster để quan giáp tia gần cạnh từ súng ngắn được bắn ở xa, và sau đó đo thời gian ông ấy nghe thấy tiếng súng với quả rung lắc nửa giây. Những đo đạc về phát súng đang được thực hiện từ một số trong những địa danh địa phương, bao hàm nhà bái Bắc Ockendon. Khoảng cách được tính bởi phép đạc tam giác, và vì đó vận tốc âm thanh di chuyển được tính.<4>

Tốc độ âm thanh trong ký kết hiệu toán học tập là chữ c, trong tiếng Latin celeritas tức thị "vận tốc".

Tốc độ âm nhạc c được chuyển ra vị phương trình Newton–Laplace:

c=Ksρ,displaystyle c=sqrt frac K_s ho ,

trong đó

Ks là thông số của độ cứng, mô đun khối đẳng entropy (hoặc mô đun bầy hồi khối với hóa học khí);ρ là cân nặng riêng.

Do đó vận tốc âm thanh tăng lên cùng cùng với độ cứng (sự kháng lại biến hóa dưới công dụng lực của vật lũ hồi) của chất liệu, và bớt khi khối lượng riêng tăng lên. Cùng với khí hài lòng mô đun khối K dễ dàng là áp suất lúc nhân cùng với chỉ số đoạn nhiệt, mẫu mà có giá trị khoảng 1,4 với khí trong điều kiện áp suất nhiệt độ thường.

Với phương trình trạng thái tổng quát, trường hợp cơ học cổ điển được sử dụng, vận tốc âm thanh c là

c=(∂p∂ρ)s,displaystyle c=sqrt left(frac partial ppartial ho ight)_s,

trong đó

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

Nếu hiệu ứng kha khá hẹp là quan tiền trọng, tốc độ âm thanh được xem theo phương trình tương đối Euler.

Tốc độ xấp xỉ của music trong không gian khô dựa vào đồ thị thân tỉ lệ nhiệt độ dung (xanh lá cây) và chuỗi Taylor rút ngắn (đỏ).

Tốc độ giao động của âm thanh trong không khí thô (độ ẩm 0%), đơn vị chức năng mét trên giây, ở nhiệt độ gần 0 °C, hoàn toàn có thể được tính từ

cair=(331.3+0.606⋅ϑ)m/s,displaystyle c_mathrm air =(331.3+0.606cdot vartheta )~~~mathrm m/s ,

trong đó ϑdisplaystyle vartheta là ánh nắng mặt trời Celsius (°C).

Phương trình này được suy ra từ nhị số hạng trước tiên trong chuỗi Taylor trường đoản cú phương trình đúng mực hơn ban đầu:

cair=331,31+ϑ273,15m/s.displaystyle c_mathrm air =331,3~sqrt 1+frac vartheta 273,15~~~~mathrm m/s .

Chia phần thứ nhất và nhân phần sản phẩm công nghệ hai ở vế đề nghị cho √273,15 được

cair=20,05ϑ+273,15m/s.displaystyle c_mathrm air =20,05~sqrt vartheta +273,15~~~~mathrm m/s .

Giá trị 331,3 m/s, ở nhiệt độ 0 °C (hoặc 273,15 K), là dựa vào giá trị của tỉ lệ nhiệt dung γ theo định hướng (và một vài tính toán), cũng tương tự trên thực tiễn ở 1 atm không lúc thật được mô tả xê dịch bằng khí lý tưởng. Giá chỉ trị thịnh hành của vận tốc âm thanh sống 0 °C gồm thể chuyển đổi từ 331,2 cho 331,6 vị do các giả định khi nó được xem toán. Nếu mang đến khí lý tưởng γ là đúng 7/5 = 1,4, vận tốc 0 °C được tính là 331,3 m/s, với những hệ số sử dụng bên trên.

Phương trình này đúng với phạm vi nhiệt độ rộng rộng nhiều, nhưng mà vẫn dựa vào tỉ lệ sức nóng dung xấp xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ độ, cùng vì tại sao này nó sai với ánh nắng mặt trời cao hơn. Nó chỉ dẫn dự đoán giỏi về những điều kiện kha khá khô, mát, lạnh, áp suất thất, ví như tầng bình lưu lại của Trái Đất. Phương trình không nên với áp xuất cực thấp và cách sóng ngắn, vì chưng sự nhờ vào vào trả định là cách sóng của music trong khí lớn hơn nhiều quãng đường tự do trung bình giữa các va va phân tử khí.

Đồ thị so sánh hiệu quả của hai phương trình ngơi nghỉ phía mặt phải, sử dụng giá trị hơi khác là 331,5 m/s cho tốc độ âm thanh làm việc 0 °C.

Bài chi tiết: Số Mach

Tàu cất cánh Hoa Kỳ F/A-18 dịch rời gần bằng vận tốc âm thanh. Quầng sáng sủa trắng bao gồm những giọt nước ngưng tụ được chế tạo ra thành bởi vì sự giảm đột ngột của áp suất ko khí xung quanh máy bay.<5>

Số Mach, một đại lượng hữu ích trong khí hễ lực học, là tỉ lệ thành phần giữa tốc độ không khí và vận tốc âm thanh. Ở độ cao, vì chưng một số lý do được giải thích, số Mach là một trong hàm sức nóng độ.

Dụng cố kỉnh bay của sản phẩm bay, mặc dù nhiên, áp dụng đạo hàm áp suất để tính số Mach thay bởi vì nhiệt độ. Sự giải định là có một áp suất duy nhất định ở 1 độ cao, do đó có nhiệt độ nhất định. Lý lẽ bay của máy bay cần vận hành theo phương pháp này vì áp lực nặng nề trì trệ được cảm nhận bởi ống Pitot dựa vào vào chiều cao và tốc độ.

Xem thêm: Mặt Trời Xuống Biển Như Hòn Lửa Sóng Đã Cài Then Đêm Sập Cửa

Trong một không khí tiêu chuẩn:

T0 là 273,15 K (= 0 °C = 32 °F), chỉ dẫn giá trị trên triết lý là 331,3 m/s (= 1086,9 ft/s = 1193 km/h = 741,1 dặm/h = 644,0 kn). Tuy nhiên các giá chỉ trị trong vòng 331,3-331,6 rất có thể tìm thấy trong các tài liệu tham khảo;T20 là 293,15 K (= 20 °C = 68 °F), đưa ra giá trị 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), chỉ dẫn giá trị 346,1 m/s (= 1135,6 ft/s = 1246 km/h = 774,3 mph = 672,8 kn).

Trên thực tế, trong khí lý tưởng, vận tốc âm thanh c chỉ phục thuộc vào nhiệt độ độ, không đề nghị áp suất xuất xắc khối lượng riêng. Ko khí gần như là khí lý tưởng. Nhiệt độ không khí thay đổi với độ cao, chế tạo ra ra thay đổi trong vận tốc âm thanh.

Tác động của ánh nắng mặt trời lên các đặc điểm của không khíNhiệt độT (Celsius|°C)Tốc độ âm thanhc (m/s)Khối lượng riêng biệt của ko khíρ (kg/m3)Trở kháng âm thanh đặc trưng riêngz0 (Pa·s/m)35351,881,1455403,230349,021,1644406,525346,131,1839409,420343,211,2041413,315340,271,2250416,910337,311,2466420,55334,321,2690424,30331,301,2922428,0−5328,251,3163432,1−10325,181,3413436,1−15322,071,3673440,3−20318,941,3943444,6−25315,771,4224449,1

Trong điều kiện khí quyển thường, nhiệt độ và cho nên cả tốc độ âm thanh chuyển đổi với độ cao:

Độ caoNhiệt độm/skm/hdặm/hkn
Mực nước biển15 °C (59 °F)3401.225761661
11.000 m−20.000 m(Độ cao của động cơ thương mại,và chuyến cất cánh siêu âm đầu tiên)−57 °C (−70 °F)2951.062660573
29.000 m (chuyến bay của X-43A)−48 °C (−53 °F)3011.083673585

Trong một chất rắn, tất cả một độ cứng khác không với tất cả biến dạng thể tích và biến tấu cắt. Vày đó, có thể tạo là sóng âm với các vận tốc khác nhau phụ thuộc vào kiểu trở nên dạng. Sóng âm tạo nên biến dạng thể tích (sự nén) và biến dị cắt (sự cắt) được call là sóng áp suất (sóng ngang) và sóng cắt (sóng dọc), lần lượt. Trong cồn đất, những sóng địa chất tương ứng được hotline là sóng phường (sóng sơ cấp) với sóng S (sóng thiết bị cấp), lần lượt. Vận tốc âm thanh của hai các loại sóng này truyền trong một đồ dùng rắn cha chiều nhất quán lần lượt là<6>

cchất rắn,p =K+43Gρ=E(1−ν)ρ(1+ν)(1−2ν),displaystyle =sqrt frac K+frac 43G ho =sqrt frac E(1- u ) ho (1+ u )(1-2 u ),

cchất rắn,s =Gρ,displaystyle =sqrt frac G ho ,

với

K là mô đun khối của trang bị liệu bầy hồi;G là tế bào đun cắt của đồ dùng liệu bầy hồi;E là mô đun Young;ρ là cân nặng riêng;ν là tỷ lệ Poisson.

Đại lượng cuối cùng không buộc phải một đại lượng độc lập, bởi vì E = 3K(1 − 2ν). Chăm chú rằng tốc độ của sóng áp suất nhờ vào vào cả tính chất kháng áp suất và giảm của thứ liệu, trong khi gia tốc sóng giảm chỉ phụ thuộc vào tính chất cắt.

Điển hình, sóng áp suất dịch chuyển nhanh hơn trong số vật liệu so với sóng cắt, với trong đụng đất đấy là lý sự bước đầu của một trận cồn đất hay được theo trước vị một chấn động nhanh lên xuống, trước khi sóng mà tạo nên ra chuyển động từ bên này qua bên kia đi tới. Ví dụ, một hợp kim thép điển hình, K = 170 GPa, G = 80 GPa với ρ = 7,700 kg/m³, chuyển ra gia tốc nén cchất rắn,p là 6,000 m/s.<6> Điều này tương đối thỏa mãn nhu cầu với cchất rắn,p đo một biện pháp thực nghiệm ở 5.930 m/s so với một nhiều loại (có thể khác) thép.<7> vận tốc cắt cchất rắn,s được cầu lượng sống 3.200 m/s bằng cách sử dụng những số liệu tương tự.

Chất rắn một chiều

Vận tốc âm thanh so với sóng áp suất trong chất liệu cứng như là kim loại nhiều lúc được tính với cùng một "dây dài" vật liệu cho trước, trong đó vận tốc dễ dàng đo hơn. Trong dây mà có đường kính ngắn lại hơn một bước sóng, tốc độ sóng áp suất tinh khiết có thể giản mong và tính bởi:

cchất rắn =Eρ,displaystyle =sqrt frac E ho ,

với E là tế bào đun Young. Nó tương tự với phương pháp của sóng cắt, lưu giữ rằng mô đun Young thay thế sửa chữa mô đun cắt. Vận tốc âm thanh này với sóng áp suất vào dây dày sẽ luôn luôn ít hơn một ít so với vận tốc tương tự trong hóa học rắn tía chiều đồng nhất, và tỷ lệ vận tốc trong hai loại vật khác nhau phụ thuộc vào tỷ lệ Poisson của đồ dùng liệu.

Vận tốc music trong chất lỏng

Vận tốc âm thanh trong nước vs nhiệt độ.

Trong hóa học lỏng độ cứng khác không độc nhất là biến dị thể tích (chất lỏng không gia hạn lực cắt).

Do đó gia tốc âm thanh trong chất lỏng là

cchất lỏng =Kρ,displaystyle =sqrt frac K ho ,

với K là mô đun khối của hóa học lỏng.

Nước

Trong nước trong, âm thanh dịch rời khoảng 1481 m/s tại đôi mươi °C (xem link ngoài).<8> Ứng dụng của music dưới nước hoàn toàn có thể được thấy sống sonar, liên lạc music và hải dương học âm thanh.

Nước biển

Vận tốc âm thanh là một trong hàm của độ sâu tại một địa chỉ ở bắc Hawaii trong Thái bình dương suy ra từ bỏ Atlas Đại dương quả đât 2005.

Trong nước mối không tồn tại bọt khí hoặc trầm tích lơ lửng, âm thanh di chuyển khoảng 1500 m/s (1500.235 m/s trên 1000 kilopascal, 10°C và độ mặn 3% bởi vì một phương pháp).<9> gia tốc âm thanh trong nước biển nhờ vào vào áp suất (do chính là độ sâu), ánh sáng (thay đổi 1 °C ~ 4 m/s), với độ mặn (thay thay đổi 1‰ ~ 1 m/s), và phương trình thực nghiện được chứng minh để tính toán đúng mực vận tốc âm thanh từ các biến này.<10><11> những hệ số khác ảnh hưởng tác động đến tốc độ của âm thanh không đáng kể. Vì nhiệt độ giảm cùng với độ sâu trong lúc áp suất và độ mặn tăng, vật thị gia tốc với độ sâu thường cho biết một đường cong đặc trưng mà giảm tới rất tiểu sinh sống độ sâu vài ba tăm mét, kế tiếp tăng lại với độ sâu tăng thêm (bên phải).<12> Để biết thêm tin tức xem Dushaw et al.<13>

Một phương trình thực nghiệm dễ dàng cho vận tốc âm thanh vào nước hải dương với độ đúng mực tương đối cho những đại dương trên trái đất do Mackenzie:<14>

c(T,S,z)=a1+a2T+a3T2+a4T3+a5(S−35)+a6z+a7z2+a8T(S−35)+a9Tz3,displaystyle c(T,S,z)=a_1+a_2T+a_3T^2+a_4T^3+a_5(S-35)+a_6z+a_7z^2+a_8T(S-35)+a_9Tz^3,

trong đó

T là ánh sáng tính theo độ C;S là độ mặn tính theo phần nghìn;z là độ sâu tính theo mét.

Hằng số a1, a2, …, a9 là

a1=1.448,96,a2=4,591,a3=−5,304×10−2,a4=2,374×10−4,a5=1,340,a6=1,630×10−2,a7=1,675×10−7,a8=−1,025×10−2,a9=−7,139×10−13,displaystyle eginaligneda_1&=1.448,96,&a_2&=4,591,&a_3&=-5,304 imes 10^-2,\a_4&=2,374 imes 10^-4,&a_5&=1,340,&a_6&=1,630 imes 10^-2,\a_7&=1,675 imes 10^-7,&a_8&=-1,025 imes 10^-2,&a_9&=-7,139 imes 10^-13,endaligned

Các phương trình không giống cho tốc độ âm thanh trong nước biển chính xác trong một loạt các điều kiện không giống nhau, nhưng phức hợp hợp nhiều, lấy một ví dụ phương trình bởi V. A. Del Grosso<15> cùng phương trình Chen-Millero-Li.<13><16>

Vận tốc âm nhạc trong plasma

Vận tốc âm nhạc trong plasma đối với trường hợp thịnh hành mà electron nóng rộng ion (nhưng không nóng hơn quá nhiều) được tính bởi công thức (xem nghỉ ngơi đây)

cs=(γZkTe/mi)1/2=9.79×103(γZTe/μ)1/2m/s,displaystyle c_s=(gamma ZkT_mathrm e /m_mathrm i )^1/2=9.79 imes 10^3(gamma ZT_e/mu )^1/2~mathrm m/s ,

với

mi là khối lượng ion;μ là tỷ lệ cân nặng ion trên trọng lượng proton μ = mi/mp;Te là ánh sáng electron;Z là trạng thái điện tích;k là hằng số Boltzmann;γ là chỉ số đoạn nhiệt.

Xem thêm: Tổng Số Hạt Proton Notron Và Electron Trong Nguyên Tử Của Một Nguyên Tố Là 34

Ngược lại với khí, áp suất và trọng lượng riêng được cung ứng bởi các thành phần riêng biệt, áp suất bởi vì electron và khối lượng riêng bởi ion. Hai đặc điểm được phối hợp qua điện trường vắt đổi.

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Tốc_độ_âm_thanh&oldid=68762924”