ผลต่างระหว่างรุ่นของ "ความเร็วเสียง"

'''ความอัตราเร็วเสียง''' คือ [[ระยะทาง]]ที่[[เสียง]]เดินทางไปในตัวกลางใดๆ ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา โดยทั่วไปเสียงเดินทางในอากาศที่มีอุณหภูมิ 25°C (= 298,15 K) ได้ประมาณ 346 เมตร/วินาที และในอากาศที่อุณหภูมิ 20°C ได้ประมาณ 343 เมตร/วินาที ความอัตราเร็วที่เสียงเดินทางได้นั้นอาจมีค่ามากขึ้นหรือน้อยลงขึ้นอยู่กับ[[อุณหภูมิ]]ของตัวกลางเป็นหลัก และอาจได้รับอิทธิพลจาก[[ความชื้น]]บ้างเล็กน้อย แต่ไม่ขึ้นกับ[[ความดันอากาศ]]

== การคำนวณความอัตราเร็วเสียง ==

ความอัตราเร็วเสียง ''c'' โดยทั่วไปคำนวณหาได้จาก

ดังนั้น ความอัตราเร็วเสียง จะเพิ่มขึ้นตามความแข็งเกร็งของวัสดุ และ ลดลงเมื่อความหนาแน่นเพิ่มขึ้น

=== ความอัตราเร็วเสียงในของแข็ง ===

ในแท่งของแข็ง ซึ่งมีขนาดความหนา (หรือขนาดของตัวกลาง ในแนวตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น) เล็กกว่าความยาวคลื่นมาก ความอัตราเร็วเสียงหาได้จาก

ดังนั้น ใน[[เหล็ก]] ความอัตราเร็วของเสียงจะมีค่าประมาณ 5100 m/s

ในแท่งของแข็งหนา หรือ ขนาดด้านข้างของตัวกลาง ใหญ่กว่าความยาวคลื่น เสียงจะเดินทางได้เร็วกว่า ความอัตราเร็วของเสียงสามารถหาได้จากการแทนค่ามอดุลัสของยัง ด้วย [[มอดุลัสคลื่นหน้าราบ]] ([[:en:plane wave modulus]]) ซึ่งหาได้จาก มอดุลัสของยัง และ [[อัตราส่วนของปัวซง]] ([[:en:Poisson's ratio]]) <math>\nu</math>

ดังนั้น ความอัตราเร็วของเสียง

จะเห็นได้ว่า ความอัตราเร็วของเสียงในของแข็งขึ้นกับความหนาแน่น ของตัวกลางเท่านั้น โดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ของแข็งเช่น เหล็ก สามารถนำคลื่นด้วยความเร็วที่สูงกว่าอากาศมาก

=== ความอัตราเร็วเสียงในของเหลว ===

ของเหลวจะมีความแข็งเกร็งต่อแรงอัดเท่านั้น โดยไม่มีความแข็งเกร็งต่อแรงเฉือน ดังนั้นความอัตราเร็วของเสียงในของเหลวหาได้โดย

=== ความอัตราเร็วเสียงในก๊าซ ===

ดังนั้น ความอัตราเร็วเสียงในก๊าซสามารถคำนวณได้โดย

([[ไอแซก นิวตัน|นัวตัน]] นั้นค้นพบวิธีการหาค่าความอัตราเร็วเสียงก่อนพัฒนาการของ [[อุณหพลศาสตร์]] และได้ใช้การคำนวณแบบ[[อุณหภูมิเสมอ]] ([[:en:isothermal]]) แทนที่จะเป็นแบบ[[แอเดียแบติก]] ([[:en:adiabatic]]) ซึ่งทำสูตรของนิตันนั้นขาดตัวคูณ &kappa;)

ในกรณีของ[[ก๊าซในอุดมคติ]] ความอัตราเร็วเสียง ''c'' ขึ้นกับอุณหภูมิเท่านั้น โดย'''ไม่ขึ้นกับความดัน''' อากาศนั้นเกือบจะถือได้ว่าเป็นก๊าซในอุดมคติ อุณหภูมิของอากาศเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูง เป็นผลให้ความอัตราเร็วของเสียงที่ระดับความสูงต่างๆ นั้นแตกต่างกัน

ใน '''ตัวกลางที่ไม่มีการกระจาย''' (non-dispersive medium) &#8211; ความอัตราเร็วเสียงไม่ขึ้นกับความถี่ ดังนั้นความอัตราเร็วในการส่งถ่ายพลังงาน และ ความอัตราเร็วเร็วในการเคลื่อนที่ของเสียง นั้นมีค่าเท่ากัน ในย่านความถี่เสียงที่เราสามารถได้ยินนั้น อากาศมีคุณสมบัติเป็นตัวกลางที่ไม่มีการกระจาย โปรดสังเกตว่า CO₂ ในอากาศนั้นเป็นตัวกลางที่มีการกระจาย และทำให้เกิดการกระจายสำหรับคลื่นเสียงความถี่สูง (28KHz) <br>

ใน '''ตัวกลางที่มีการกระจาย''' (dispersive medium) &#8211; ความอัตราเร็วเสียงจะขึ้นกับความถี่ องค์ประกอบที่แต่ละความถี่จะเดินทางด้วยความเร็วเฟส (phase velocity) ที่แตกต่างกัน ส่วนพลังงานของเสียงจะเดินทางด้วยความเร็วที่ความเร็วกลุ่ม (group velocity) ตัวอย่างของตัวกลางที่มีการกระจาย คือ น้ำ

=== ความอัตราเร็วเสียงในอากาศ ===

ความอัตราเร็วของเสียงในอากาศโดยประมาณหาได้จาก:

โดยที่ <math>\theta\, </math> คือ อุณหภูมิ ในหน่วย องศา[[เซลเซียส]] ความแม่นยำในการประมาณในช่วงของอุณหภูมิในช่วง -20°C ถึง 40°C จะมีค่าความผิดพลาดไม่เกิน 0.2% ในช่วงอุณหภูมิสูงกว่า หรือ ต่ำกว่านั้นความอัตราเร็วของเสียงจะประมาณโดย

'''[[เลขมัค]]''' คือ อัตราส่วนความอัตราเร็วของวัตถุ ต่อ '''ความอัตราเร็วเสียง''' ในอากาศ (หรือตัวกลางนั้น)

การเคลื่อนที่ของวัตถุใดๆด้วยความอัตราเร็วเท่ากับเสียง ณ ตำแหน่งนั้น จะเรียกว่าความอัตราเร็ว 1 [[มัค]] (Mach) ในทำนองเดียวกันถ้าเคลื่อนที่ด้วยความอัตราเร็ว 2 เท่าของความอัตราเร็วเสียงวัตถุนั้นก็จะมีความเร็วเป็น 2 มัค

== ตัวอย่างความอัตราเร็วเสียงในตัวกลางต่าง ๆ ==

ตารางด้านล่าง แสดงค่าความอัตราเร็วเสียงในตัวกลาง ที่อุณหภูมิ 20°C

[[หมวดหมู่:หน่วยความอัตราเร็ว|สีเยง]]