Rýchlosť zvuku vo vzduchu, vo vode, vo vákuu a v kovoch

Rýchlosť, ktorou sa šíri zvuk vo vode, v kovoch či vo vode sa môže líšiť. Čo výslednú hodnotu ovplyvňuje? Aká je maximálna rýchlosť zvuku? Čo sa stane pri prekročení v pevných či v kvapalných látkach? Viac informácii nájdete v našom článku.

Foto: Pixabay

Rýchlosť zvuku vo plynnom skupenstve
Rýchlosť zvuku v pevnom skupenstve
Rýchlosť zvuku v kvapalnom skupenstve
Intenzita zvuku
Výpočet rýchlosti zvuku: vzorec a jeho počiatky

Rýchlosť zvuku: v ktorom prostredí sa zvuk šíri najrýchlejšie?

Vedeli ste, že rýchlosť zvuku sa odlišuje v závislosti od prostredia či látky, v ktorom či v ktorej sa šíri? Proces, kedy sa tlaková vlna (zvuk) šíri rozličným materiálom, si môžete predstaviť ako signál, ktorý prechádza sieťou tvorenou kmitajúcimi skupinami atómov.

Vzruch, ktorý sa pohybuje od jednej častice k ďalšej, je závislý aj od toho ako husto sú tieto častice pospájané. Ak je sieť hustejšia zvuk sa bude šíriť oveľa lepšie. Va vákuu neexistujú žiadne kmitajúce častice, preto sa v ňom zvuk nedokáže šíriť.

Rôzne kvapaliny, plyny a pevné látky sú zložené z rôznych častí, ktoré sú medzi sebou prepojené rôznymi väzbami odlišnej intenzity. Z tohto dôvodu sa zvuk šíri rôzne. Vieme len že najsilnejší zvuk sa bude najlepšie šíriť kovmi, potom vodou a nakoniec vzduchom.

Vzorec a história výpočtu rýchlosti zvuku

Výpočet rýchlosti zvuku nezávisí len od skupenstva akým sa šíri. Jeho hodnota sa odvíja aj od teploty vzduchu. Napríklad pri teplote 20 °C za suchého vzduchu sa zvuk šíri rýchlosťou 343 metrov za sekundu. Ako konkrétny výsledok dostanete. Pomocou vzorca, do ktorého dosadíte veličiny, kde k predstavuje adiabatický koeficient, R plynovú konštantu a T termodynamickú teplotu v kelvinoch alebo v stupňoch Celzia. Nasledujúce vzorce nájdete aj TU.

Za prvé počiatky merania rýchlosti zvuku sa v 17. storočí zaslúžil mních menom Marin Mersenne za pomoci jeho spolubrata. Zo vzdialeného kanónu strieľal do diaľky zatiaľ čo Marin meral čas medzi zábleskom výstrelu až po okamih, kedy započul zvuk výstrelu. Čo je ešte zaujímavejšie, tak namiesto hodiniek používal ako meradlo údery svojho srdca pri tomto experimente. Došiel k záveru, že rýchlosť zvuku je 430 metrov za sekundu.

Rýchlosť zvuku (angl. speed of sound) vo vzduchu

Ako sme spomínali, tak rýchlosť zvuku vo vzduchu je závislá od zmien teploty. Keď kolíše teplota vzduchu, kolíše rýchlosť zvuku v ňom. Bežne sa jedná o 343 metrov za sekundu pri teplote 20 °C. Obvykle sa teplým vzduchom šíri zvuk rýchlejšie než v tom studenom. Pri teplejších podmienkach molekuly v teple kmitajú rýchlejšie a častejšie dochádza k ich stretom a prepojeniu. V nasledujúcej tabuľke si môžete pozrieť ako sa mení rýchlosť zvuku v závislosti od zmien teploty.

Rýchlosť zvuku v pevných látkach (sklo, oceľ, železo atď.)

Už vieme, že v kovoch sa zvuk šíri najrýchlejšie. V porovnaní so vzduchom sa jedná o niekoľkonásobne väčšie hodnoty. Tak ako pri všetkom, tak aj pri kovoch platí, že podľa toho akú majú hustotu a teplotu sa bude odvíjať aj rýchlosť zvuku, ktorý sa nimi bude šíriť. Všeobecne platí, že v tvrdých kovoch, akým je napríklad oceľ, sa zvuk bude šíriť rýchlejšie než cez mäkkých, kam patrí meď. Pri bežných 20 °C sa rýchlosť šírenia zvuku pohybuje:

Rýchlosť zvuku vo vode, v ľade

Obvykle sa vo vode pohybuje rýchlosť zvuku okolo 1480 metrov za sekundu. Čím je voda hustejšia, tým pomalšie sa v nej zvuk bude šíriť. Voda obsadila druhé miesto v rýchlosti šírenia zvuku, čím predbehla vzduch. Akou rýchlosťou sa pohybuje voda v destilovanej a morskej vode, či v ľade? Viac v tabuľke.

Machovo číslo, 1 mach na km/h, nadzvuková (hypersonická) rýchlosť

Počuli ste už takéto označenie jednotky? Mach či Machovo číslo je bezrozmernou veličinou, ktorá udáva pomer medzi rýchlosťou pohybu telesa určitým prostredím a rýchlosti zvuku v rovnakom prostredí. Pri 20 °C sa jeden mach rovná 1225 kilometrom za hodinu. Táto veličina našla uplatnenie v letectve, kedy udáva nadzvukovú rýchlosť napr. stíhačiek k rýchlosti zvuku, ktorú ich pohyb vydáva. Ak sa stíhačka pohybuje rýchlosťou mach 2, viete si z toho odvodiť dvojnásobne vyššiu rýchlosť zvuku.

Sonický "aerodynamický" tresk

Tento jav nastáva v okamihu, keď lietadlo prekročí rýchlosť zvuku. Pre ovládanie lietadla i ľudí na Zemi sa stáva nebezpečným. Preto dnešné komerčné letecké spoločnosti a ich lietadlá, napríklad. Boeing rýchlosť zvuku neprekračujú.

Hladina intenzity zvuku (jednotka a prah počutia)

Úroveň hlasitosti zvuku sa meria hlukomerom. Jednotka intenzity zvuku je jeden decibel (dB). Prah bolesti sa u človeka pohybuje od 120 dB. Ďalším dôležitým faktorom sluchu je aj frekvencia v meraná v Herzoch (Hz). Ľudské uši vedia rozoznať zvuky od 16 až do 20 000 Hz. Čím je však človek starší horná hranica počuteľnosti sa znižuje.

Frekvencia zvuku nižšia ako 2 či 4 Hz predstavuje ľudskú reč, na ktorú je ľudské ucho zvyknuté. Ak je frekvencia nižšia ako 16 Hz, jedná sa o infrazvuk. Frekvencia vyššia ako 20 000 Hz je považovaná za ultrazvuk, ktorý počujú delfíny, psy a pod.. Možno preto sa vaši domáci miláčikovia boja, keď vysávate alebo tepujete koberec. Zvuk, ktorý tieto spotrebiče vydávajú je pre ich sluch nepríjemný.

Dopplerov jav, ultrazvuk

Doplerov jav je definovaný postupným zvyšovaním (pri približovaní objektu) a postupným znižovaním (pri vzďaľovaní objektu) zvuku pri pohybe telesa vydávajúce zvuk. Je to z toho dôvodu, že pri zmene polohy sa mení aj frekvencia zvuku. Vďaka Christianovi Dopplerovi, ktorý v roku 1842 vynašiel ultrazvuk sa dnes tento prístroj môže využívať v medicíne napríklad pri meraní rýchlosti toku krvi a pod..