Ses hızıdır uzunlamasına dalgalar ardışık kompresyonu ve açılımları üreten, belirli bir ortam içinde yayıldığı hızından, ses gibi beyin YORUMLAYAN eşdeğer.

Böylece, ses dalgası, içinden geçtiği ortama bağlı olarak, zaman birimi başına belirli bir mesafe kat eder. Aslında ses dalgaları, başlangıçta bahsedilen sıkıştırma ve genişlemelerin gerçekleşmesi için maddi bir ortam gerektirir. Bu nedenle ses boşlukta yayılmaz.

Şekil 1. Ses bariyerini kıran süpersonik düzlem. kaynak: pixbay

Ancak bir hava okyanusunun altında yaşadığımız için, ses dalgalarının hareket edebileceği ve işitmeye izin veren bir ortamı vardır. 20ºC'de havada ses hızı yaklaşık 343 m / s (1087 ft / s) veya isterseniz yaklaşık 1242 km / s'dir.

Bir ortamda sesin hızını bulmak için, özellikleri hakkında biraz bilgi sahibi olmanız gerekir.

Malzeme ortamı, sesin yayılabilmesi için dönüşümlü olarak değiştirildiğinden, onu deforme etmenin ne kadar kolay veya zor olduğunu bilmek iyidir. Sıkıştırılabilirlik modülü B bize bu bilgiyi sunar.

Öte yandan, ρ olarak belirtilen ortamın yoğunluğu da alakalı olacaktır. Herhangi bir ortamın, ses dalgalarının geçişine dirence dönüşen bir ataleti vardır, bu durumda hızları daha düşük olacaktır.

Ses hızı nasıl hesaplanır?

Bir ortamdaki sesin hızı, elastik özelliklerine ve sunduğu durgunluğa bağlıdır. V sesin hızı olsun, genel olarak şu doğrudur:

Hooke yasası, ortamdaki deformasyonun kendisine uygulanan gerilme ile orantılı olduğunu belirtir. Orantılılık sabiti, tam olarak malzemenin sıkıştırılabilirlik modülü veya hacimsel modülüdür ve şu şekilde tanımlanır:

Gerinim, hacim değişiminin (DV) orijinal hacim Vo'ya _{bölümüdür} . Hacimler arasındaki oran olduğu için boyutlardan yoksundur. B'nin önündeki eksi işareti, basınçta bir artış olan çabayla son hacmin ilk hacminden daha az olduğu anlamına gelir. Tüm bunlarla elde ediyoruz:

Bir gazda, hacimsel modül, adyabatik gaz sabiti olarak adlandırılan, orantılılık sabiti γ olan basınç P ile orantılıdır. Böylece:

B'nin birimleri basınç için olanlarla aynıdır. Son olarak hız şu şekildedir:

Sonido y temperatura

De lo dicho anteriormente se desprende que la temperatura es realmente un factor determinante en la velocidad del sonido en un medio.

A medida que la sustancia se calienta, sus moléculas adquieren mayor rapidez y son capaces de colisionar con mayor frecuencia. Y mientras más colisionen, mayor será la velocidad del sonido en su interior.

Usualmente interesan mucho los sonidos que viajan por la atmósfera, ya que en esta nos encontramos inmersos y pasamos la mayor parte del tiempo. En tal caso la relación entre la rapidez del sonido y la temperatura es la siguiente:

331 m/s es la velocidad del sonido en el aire a 0 º C. A 20 º C ,que equivalen a 293 kelvin, la velocidad del sonido es 343 m/s, como se mencionó al comienzo.

El número de Mach

El número Mach es una cantidad sin dimensiones que viene dada por el cociente entre la velocidad de un objeto, generalmente un avión, y la velocidad del sonido. Es muy conveniente para saber lo rápido que se mueve una aeronave con respecto al sonido.

Sea M el número Mach, V la velocidad del objeto -la aeronave-, y v_s la velocidad del sonido, tenemos:

Por ejemplo, si una aeronave se mueve a Mach 1, su velocidad es la misma que la del sonido, si se mueve a Mach 2 es el doble y así sucesivamente. Algunos aviones militares experimentales no tripulados incluso han llegado a Mach 20.

Velocidad del sonido en diferentes medios (aire, acero, agua…)

Casi siempre el sonido viaja más deprisa en los sólidos que en los líquidos, y a su vez es más rápido en los líquidos que en los gases, aunque hay algunas excepciones. El factor determinante es la elasticidad del medio, que es mayor conforme aumenta la cohesión entre los átomos o las moléculas que lo conforman.

Por ejemplo, en el agua el sonido se desplaza con más rapidez que en el aire. Esto se advierte de inmediato al sumergir la cabeza en el mar. Los sonidos de los motores de las embarcaciones lejanas se aprecian con más facilidad que al estar fuera del agua.

A continuación la velocidad del sonido para distintos medios, expresada en m/s:

• Aire (0 ºC): 331
• Aire (100 ºC): 386
• Agua dulce (25 ºC): 1493
• Agua de mar (25 ºC): 1533

Sólidos a temperatura ambiente

• Acero (Carbono 1018): 5920
• Hierro dulce: 5950
• Cobre: 4660
• Cobre enrollado: 5010
• Plata: 3600
• Vidrio: 5930
• Poliestireno: 2350
• Teflón: 1400
• Porcelana: 5840

Referencias

1. Elcometer. Tabla de velocidades para materiales predefinidos. Recobrado de: elcometer.com.
2. NASA. Speed of sound. Recobrado de: nasa.gov
3. Tippens, P. 2011. Física: Conceptos y Aplicaciones. 7ma Edición. McGraw Hill
4. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentos de Física. 9^na Ed. Cengage Learning.
5. Universidad de Sevilla. Número de Mach. Recuperado de: laplace.us.es