Äänen nopeus

Äänen nopeus ilmassa on 344 metriä sekunnissa eli 1236 km/h (20 °C) taajuudesta riippumatta. Kiinteissä rakenteissa äänen nopeus vaihtelee materiaalista riippuen 3 400–5 400 m/s. Levymäisillä rakenteilla äänen nopeus riippuu taajuudesta.

Seuraavassa äänennopeuksia (m/s) joillakin materiaaleilla:

• graniitti: 7 200
• lasi: 5 500–6 000
• alumiini, teräs: 5 100
• puu: 3 400–4 500
• betoni: 4 000
• tiili: 3 600
• jää: 3 100
• vesi: 1 500
• korkki: 500
• ilma: 343
• mineraalivillaeriste: 180
• puuvilla: 100

Äänen nopeus riippuu muun muassa lämpötilasta. Äänen nopeus on lämpöliikkeen nopeus kappaleessa. Jos jokin aalto etenee kappaleesta ääntä nopeammin, se on iskuaalto.

Äänen nopeus kaasussa

Äänen nopeuden yhtälö on

$c = \sqrt {{\kappa \cdot p}\over\rho}$,

missä

κ (kappa) on adiabaattinen vakio,

p kaasun paine ja

ρ (roo) kaasun tiheys.

Ideaalikaasulle:

$c = \sqrt {\kappa \cdot R\cdot T}$,

missä

R on kaasuvakio (287,05 J/(kg·K) ilmalle, jonka moolimassa on noin 29), yleinen kaasuvakio R on 8,314472[15] J · K^-1 · mol^-1,

κ adiabaattinen vakio (ilmalle 1,402), joskus käytetään merkintää γ (gamma) ja

T lämpötila kelvineinä.

Ideaalikaasun molekyylien keskinopeus

Äänen nopeus kaasussa on sama kuin ideaalikaasun molekyylien keskinopeus. Ideaalisen kaasumolekyylin keskinopeus v_k voidaan laskea seuraavasti:

$v_k=\sqrt{\frac{3 k T_k}{m}}$,

missä

k on Boltzmannin vakio,

T_k keskilämpötila kelvineissä ja

m kaasumolekyylin keskimääräinen massa.

Kaavasta voidaan kehittää likiarvo molekyylimassan funktiona:

$v_k=157{,}93 \sqrt{\frac{Tk}{M}}$,

missä M on molekyylimassa. Esimerkiksi vedylle se on 1,008.

Usein kirjoitetaan

$v_{k}^2$ = 24,940 T / molekyylimassa ,

missä nopeus v on yksikössä m/s ja lämpötila T kelvineinä.

Todennäköisimmät kaasuhiukkasten nopeudet ovat 81,6% tästä ja keskimääräiset nopeudet 92,1% tästä. Kaasuhiukkasten nopeusjakauma riippuu Maxwellin–Boltzmannin nopeusjakaumasta.