Ang bilis ng tunog ay katumbas ng bilis na kung saan ang mga paayon na alon ay kumalat sa isang naibigay na daluyan, na gumagawa ng sunud-sunod na mga compression at pagpapalawak, na ang utak ay nangangahulugang tunog.

Kaya, ang alon ng tunog ay naglalakbay sa isang tiyak na distansya sa bawat yunit ng oras, na nakasalalay sa daluyan kung saan naglalakbay ito. Sa katunayan, ang mga tunog na alon ay nangangailangan ng isang materyal na daluyan para sa mga compression at pagpapalawak na nabanggit sa simula upang maganap. Iyon ang dahilan kung bakit ang tunog ay hindi kumalat sa isang vacuum.

Larawan 1. Ang eroplano ng Supersonic na sumisira sa tunog ng hadlang. mapagkukunan: pixbay

Ngunit dahil nabubuhay tayo sa isang dagat ng hangin, ang mga tunog ng alon ay may daluyan kung saan lilipat at pinapayagan nito ang pagdinig. Ang bilis ng tunog sa hangin sa 20ºC ay halos 343 m / s (1087 ft / s), o tungkol sa 1242 km / h kung gusto mo.

Upang mahanap ang bilis ng tunog sa isang daluyan, kailangan mong malaman ang kaunti tungkol sa mga katangian nito.

Yamang ang materyal na daluyan ay halili na binago upang ang tunog ay maaaring magpalaganap, mabuting malaman kung gaano kadali o mahirap na ito ay pagpapahiwatig nito. Ang module ng compressibility B ay nag-aalok sa amin ng impormasyong ito.

Sa kabilang banda, ang density ng daluyan, na ipinapahiwatig bilang ρ, ay may kaugnayan din. Ang anumang daluyan ay may isang pagkawalang-kilos na isinalin sa pagtutol sa pagpasa ng mga tunog ng alon, kung saan ang kanilang bilis ay bababa.

Paano makalkula ang bilis ng tunog?

Ang bilis ng tunog sa isang daluyan ay nakasalalay sa mga nababanat na katangian nito at ang inertia na ibinibigay nito. Hayaan ang v ang bilis ng tunog, sa pangkalahatan ito ay totoo na:

Sinabi ng batas ni Hooke na ang pagpapapangit sa medium ay proporsyonal sa stress na inilalapat dito. Ang pare-pareho ng proporsyonalidad ay tiyak na compressulus modulus o volumetric modulus ng materyal, na tinukoy bilang:

Strain ay ang pagbabago ng lakas ng tunog na hinati ng orihinal na dami V _o . Dahil ito ay ang ratio sa pagitan ng mga volume, kulang ito ng mga sukat. Ang minus sign bago B ay nangangahulugan na sa pagsisikap na ginawa, na kung saan ay isang pagtaas ng presyon, ang panghuling dami ay mas mababa kaysa sa paunang. Sa lahat ng ito nakukuha namin:

Sa isang gas, ang volumetric modulus ay proporsyonal sa presyon P, ang patuloy na proporsyonal na γ, na tinatawag na pare-pareho ng adiabatic gas. Sa ganitong paraan:

Ang mga yunit ng B ay pareho sa mga para sa presyon. Sa wakas ang bilis ay:

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