Garso greitis yra lygus greičiui, kuriuo išilginės bangos sklinda tam tikroje terpėje, sukurdamos iš eilės suspaudimus ir išsiplėtimus, kuriuos smegenys supranta kaip garsą.

Taigi garso banga per laiko vienetą nukelia tam tikrą atstumą, kuris priklauso nuo terpės, per kurią ji sklinda. Iš tiesų garso bangoms reikalinga materiali terpė, kad įvyktų pradžioje minėti glaudinimai ir plėtimai. Štai kodėl garsas neplinta vakuume.

1 pav. Garso barjerą sudaranti viršgarsinė plokštuma. šaltinis: pixbay

Bet kadangi mes gyvename panardinti į oro vandenyną, garso bangos turi terpę, kuria gali judėti, ir tai leidžia girdėti. Garso greitis ore esant 20ºC yra apie 343 m / s (1087 pėdos / s), arba, jei norite, apie 1242 km / h.

Norėdami rasti garso greitį laikmenoje, turite šiek tiek žinoti apie jo savybes.

Kadangi medžiaga yra pakaitomis modifikuota taip, kad garsas galėtų sklisti, verta žinoti, kaip lengva ar sunku ją deformuoti. Suspaudimo modulis B siūlo mums šią informaciją.

Kita vertus, terpės tankis, žymimas kaip ρ, taip pat bus svarbus. Bet kuri terpė turi inerciją, kuri virsta atsparumu garso bangų praleidimui, tokiu atveju jų greitis bus mažesnis.

Kaip apskaičiuoti garso greitį?

Garso greitis terpėje priklauso nuo jo elastinių savybių ir inercijos. Tegul v yra garso greitis, paprastai tiesa, kad:

Hoko įstatymas teigia, kad terpės deformacija yra proporcinga jai tenkančiam įtempiui. Proporcingumo konstanta yra būtent medžiagos suspaudimo modulis arba tūrinis modulis, kuris apibūdinamas kaip:

Deformacija yra tūrio pokytis DV, padalytas iš pirminio tūrio V _o . Kadangi tai yra tūrių santykis, jam trūksta matmenų. Minuso ženklas prieš B reiškia, kad įdėjus pastangų, tai yra padidėjus slėgiui, galutinis tūris yra mažesnis už pradinį. Visa tai mes gauname:

Dujose tūrinis modulis yra proporcingas slėgiui P, proporcingumo konstanta yra γ, vadinama adiabatine dujų konstanta. Šiuo būdu:

B vienetai yra tokie patys kaip slėgio vienetai. Pagaliau greitis yra toks:

Sonido y temperatura

De lo dicho anteriormente se desprende que la temperatura es realmente un factor determinante en la velocidad del sonido en un medio.

A medida que la sustancia se calienta, sus moléculas adquieren mayor rapidez y son capaces de colisionar con mayor frecuencia. Y mientras más colisionen, mayor será la velocidad del sonido en su interior.

Usualmente interesan mucho los sonidos que viajan por la atmósfera, ya que en esta nos encontramos inmersos y pasamos la mayor parte del tiempo. En tal caso la relación entre la rapidez del sonido y la temperatura es la siguiente:

331 m/s es la velocidad del sonido en el aire a 0 º C. A 20 º C ,que equivalen a 293 kelvin, la velocidad del sonido es 343 m/s, como se mencionó al comienzo.

El número de Mach

El número Mach es una cantidad sin dimensiones que viene dada por el cociente entre la velocidad de un objeto, generalmente un avión, y la velocidad del sonido. Es muy conveniente para saber lo rápido que se mueve una aeronave con respecto al sonido.

Sea M el número Mach, V la velocidad del objeto -la aeronave-, y v_s la velocidad del sonido, tenemos:

Por ejemplo, si una aeronave se mueve a Mach 1, su velocidad es la misma que la del sonido, si se mueve a Mach 2 es el doble y así sucesivamente. Algunos aviones militares experimentales no tripulados incluso han llegado a Mach 20.

Velocidad del sonido en diferentes medios (aire, acero, agua…)

Casi siempre el sonido viaja más deprisa en los sólidos que en los líquidos, y a su vez es más rápido en los líquidos que en los gases, aunque hay algunas excepciones. El factor determinante es la elasticidad del medio, que es mayor conforme aumenta la cohesión entre los átomos o las moléculas que lo conforman.

Por ejemplo, en el agua el sonido se desplaza con más rapidez que en el aire. Esto se advierte de inmediato al sumergir la cabeza en el mar. Los sonidos de los motores de las embarcaciones lejanas se aprecian con más facilidad que al estar fuera del agua.

A continuación la velocidad del sonido para distintos medios, expresada en m/s:

• Aire (0 ºC): 331
• Aire (100 ºC): 386
• Agua dulce (25 ºC): 1493
• Agua de mar (25 ºC): 1533

Sólidos a temperatura ambiente

• Acero (Carbono 1018): 5920
• Hierro dulce: 5950
• Cobre: 4660
• Cobre enrollado: 5010
• Plata: 3600
• Vidrio: 5930
• Poliestireno: 2350
• Teflón: 1400
• Porcelana: 5840

Referencias

1. Elcometer. Tabla de velocidades para materiales predefinidos. Recobrado de: elcometer.com.
2. NASA. Speed of sound. Recobrado de: nasa.gov
3. Tippens, P. 2011. Física: Conceptos y Aplicaciones. 7ma Edición. McGraw Hill
4. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentos de Física. 9^na Ed. Cengage Learning.
5. Universidad de Sevilla. Número de Mach. Recuperado de: laplace.us.es