音の速度である縦波が連続する圧縮および拡張を生成し、所定の媒質内を伝播する速度、音声のような脳の解釈に相当します。

したがって、音波は単位時間あたり特定の距離を移動します。これは、音波が移動する媒体によって異なります。確かに、音波は、最初に述べた圧縮と拡張が行われるための物質的な媒体を必要とします。これが、音が真空中で伝播しない理由です。

図1.音の壁を破る超音速機。ソース：pixbay

しかし、私たちは空気の海に沈んでいるため、音波には移動する媒体があり、それが聞こえます。20ºCの空気中の音速は、約343 m / s（1087 ft / s）、またはお好みで約1242 km / hです。

媒体の音速を知るには、その特性について少し知っておく必要があります。

音が伝播できるように材料媒体が交互に変更されるため、それを変形するのがどれほど簡単か、または難しいかを知ることは良いことです。圧縮性モジュールBはこの情報を提供します。

一方、ρで表される媒体の密度も関係します。どのような媒体にも、音波の通過に対する抵抗となる慣性があり、その場合、速度は遅くなります。

音速を計算する方法は？

媒体中の音速は、その弾性特性とそれが示す慣性に依存します。音速をvとすると、一般的に次のことが当てはまります。

フックの法則は、媒体の変形はそれに加えられる応力に比例すると述べています。比例定数は、材料の圧縮率または体積率であり、次のように定義されます。

ひずみは、体積変化DVを元の体積V _oで割ったものです。ボリューム間の比率であるため、寸法が不足しています。Bの前のマイナス記号は、圧力の増加である努力によって、最終体積が初期体積よりも少ないことを意味します。これにより、以下が得られます。

気体では、体積弾性率は圧力Pに比例し、気体の断熱定数と呼ばれる比例定数γです。この方法では：

Bの単位は、圧力の単位と同じです。最後に速度は次のとおりです。

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