Avaa päävalikko

Äänen nopeus

äänen etenemisen vauhti

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[1]

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

Äänen nopeus kaasussaMuokkaa

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[2]), yleinen kaasuvakio   on 8,314472[15] J · K−1 · mol−1,
  adiabaattinen vakio (ilmalle 1,402), joskus käytetään merkintää  , ja
  lämpötila kelvineinä.

Ideaalikaasun molekyylien keskinopeusMuokkaa

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.

LähteetMuokkaa

  1. MAOL taulukot, 2012, sivu 91.
  2. Kemian opetuksen keskus
Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.