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:

Äänen nopeus riippuu muun muassa lämpötilasta. Äänen nopeus on lämpöliikkeen nopeus kappaleessa. Jos jokin aalto etenee kappaleesta ääntä nopeammin, se on iskuaalto. Meressä äänen nopeus on riippuvainen paineesta, lämpötilasta ja suolaisuudesta.

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.