Äänen nopeus ilmassa on noin 343 metriä sekunnissa eli 1 235 km/h (20 °C) taajuudesta riippumatta. Äänen nopeus vaihtelee kaikissa olomuodoissa materiaalista riippuen. Levymäisillä rakenteilla äänen nopeus riippuu taajuudesta.
Seuraavassa äänen nopeuksia (m/s) joissakin materiaaleissa lämpötilassa 20 °C, ellei toisin mainita:
- beryllium: 12 550
- rauta: 5 120
- alumiini: 5 080
- graniitti: 4 000
- lasi: 4 000–5 000
- betoni: 4 300
- tiili: 3 650
- puu: 3 500
- jää (−4° C): 3 280
- vesi (l): 1 403–1 543
- korkki: 500
- ilma: 343
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
,
jossa
on adiabaattinen vakio,
kaasun paine ja
kaasun tiheys.
Ideaalikaasulle:
,
jossa
on kaasuvakio (287,05 J/(kg·K) ilmalle, jonka moolimassa on noin 29), yleinen kaasuvakio
on 8,314472[15] J · K−1 · mol−1,
adiabaattinen vakio (ilmalle 1,402), joskus käytetään merkintää
, ja
lämpötila kelvineinä.
Ideaalikaasun molekyylien keskinopeus
Äänen nopeus kaasussa on sama kuin ideaalikaasun molekyylien keskinopeus. Ideaalisen kaasumolekyylin keskinopeus
voidaan laskea seuraavasti:
,
jossa
on Boltzmannin vakio,
keskilämpötila kelvineissä ja
kaasumolekyylin keskimääräinen massa.
Kaavasta voidaan kehittää likiarvo molekyylimassan funktiona:
,
jossa
on molekyylimassa. Esimerkiksi vedylle se on 1,008.
Usein kirjoitetaan
, jossa nopeus
on yksikössä m/s, lämpötila
kelvineinä ja
on molekyylimassa. Todennäköisimmät kaasuhiukkasten nopeudet ovat 81,6 % tästä ja keskimääräiset nopeudet 92,1 % tästä. Kaasuhiukkasten nopeusjakauma riippuu Maxwellin–Boltzmannin nopeusjakaumasta.
Lähteet
- ↑ MAOL taulukot, 2012, sivu 91.
Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.