Äänen nopeus
Wikipedia
 |
Tähän artikkeliin tai osioon ei ole merkitty lähteitä tai viitteitä. Voit auttaa Wikipediaa lisäämällä artikkelille asianmukaisia lähteitä. Lähteettömät tiedot voidaan kyseenalaistaa tai poistaa. |
 |
Tätä artikkelia on ehdotettu yhdistettäväksi artikkeliin Ääni. Yhdistämisestä saatetaan keskustella artikkelin keskustelusivulla. |
Äänen nopeus ilmassa on 343 metriä sekunnissa (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:
- 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
Äänen nopeus riippuu muun muassa lämpötilasta. Äänen nopeus on lämpöliikkeen nopeus kappaleessa. Jos jokin aalto etenee kappaleesta ääntä nopeammin, se on shokkiaalto.
[muokkaa] Äänen nopeus kaasussa
Äänen nopeuden yhtälö on
- κ adiabaattinen vakio,
- p kaasun paine,
- ρ kaasun tiheys
Ideaalikaasulle:
Jossa
- R 287.05 J/(kg·K) ilmalle , jonka moolimassa
on noin 29[1], yleinen kaasuvakio R on R = 8.314472[15] J · K-1 · mol-1
- kappa; (kappa) adiabaattinen indeksi (1.402 ilmalle)
, joskus nimetty gammaksi gamma
- T Lämpötila kelvineinä.
[muokkaa] Ideaalikaasun molekyylien keskinopeus
Äänen nopeus kaasussa on sama kuin ideaalikaasun molekyylien keskinopeus. Ideaalisen kaasumolekyylin keskinopeus vk voidaan laskea seuraavasti:
,
missä
- k=Boltzmannin vakio
- Tk=keskilämpötila kelvineissä
- m=kaasumolekyylin keskimääräinen massa
Kaavasta voidaan kehittää likiarvo molekyylipainon funktiona:
,
missä mm on molekyylipaino. Esimerkiksi vedylle se on 1.
Usein kirjoitetaan
= 24,940 T / molekyylipaino
v yksikössä m/s ja lämpötila T kelvineinä.
Todennäköisimmät kaasuhiukkasten nopeudet ovat 81.6% tästä ja keskimääräiset nopeudet 92,1% tästä. Kaasuhiukkasten nopeusjaklauma riippuu Maxwellin-Bolzmannin nopeusjakaumasta.
