سرعة الصوت هي واحدة من أهم المقاييس الفيزيائية التي تم التعرف عليها و تعريفها من قبل علماء الفيزياء و من خلالها تم قياس العديد من الأمور التي لم تكن معروفة من قبل.
سرعة الصوت
– سرعة الصوت هي المسافة المقطوعة في كل وحدة زمنية بموجة صوتية أثناء انتشارها عبر وسط مرن ، عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، تصل سرعة الصوت في الهواء إلى حوالي 343 مترًا في الثانية (1234.8 كيلومتر / ساعة ، 1،125 قدم / ثانية ، 767 ميل في الساعة ؛ 667 كيلوجرامًا) ، أو كيلومتر في 2.9 ثانية أو ميل في 4.7 س ، و يعتمد ذلك بشدة على درجة الحرارة ، و لكن يختلف أيضًا باختلاف عدة أمتار في الثانية بسبب وجود غازات.
– تعتمد سرعة الصوت في الغاز المثالي فقط على درجة حرارته وتكوينه ، و تتميز السرعة باعتماد ضعيف على التردد و الضغط في الهواء العادي ، حيث تنحرف قليلاً عن السلوك المثالي.
سرعة الصوت في الاوساط المختلفة
في الكلام اليومي العادي ، تشير سرعة الصوت إلى سرعة الموجات الصوتية في الهواء ، و مع ذلك فإن سرعة الصوت تختلف من مادة إلى أخرى : حيث ينتقل الصوت ببطء شديد في الغازات ، انها تنتقل بشكل أسرع في السوائل ، و أسرع بشكل اكبر في المواد الصلبة ، على سبيل المثال ، ينتقل الصوت بسرعة 343 م / ث في الهواء ؛ يسافر في 1،480 م / ث في الماء (4.3 مثل سرعة في الهواء) ؛ و 5،120 م / ث في الحديد (حوالي 15 ضعف سرعة الهواء). وفي مادة شديدة الصلابة مثل الاماس ، ينتقل الصوت بسرعة 12000 متر في الثانية (27000 ميل في الساعة) ؛ [1] (حوالي 35 ضعف سرعة الهواء) التي تقترب من السرعة القصوى التي يسلكها الصوت في الظروف العادية.
موجة القص
– و تتكون الموجات الصوتية في المواد الصلبة من موجات انضغاطية (كما هو الحال في الغازات و السوائل) ، و نوع مختلف من الموجات الصوتية تسمى موجة القص ، التي تحدث فقط في المواد الصلبة ، و عادةً ما تنتقل موجات القص في المواد الصلبة بسرعات مختلفة ، كما هو معروف في علم الزلازل ، و يتم تحديد سرعة موجات الضغط في المواد الصلبة بواسطة قابلية الانضغاط ، معامل القص و الكثافة ، و يتم تحديد سرعة موجات القص فقط بواسطة معامل القص والكثافة في المادة الصلبة.
– في ديناميكا الموائع ، يتم استخدام سرعة الصوت في وسط مائع (غاز أو سائل) كتدبير نسبي لسرعة الجسم المتحرك عبر الوسط ، و تسمى نسبة سرعة الجسم إلى سرعة الصوت في السائل رقم ماش للكائن.
تاريخ اكتشاف سرعة الصوت
– حسب العالم إسحاق نيوتن سرعة الصوت في الهواء بـ 979 قدمًا في الثانية (298 م / ث) ، وهو منخفض جدًا بنسبة 15٪ تقريبًا ، كان تحليل نيوتن حافزًا جيدًا لإهمال تأثير (غير معروف بعد) لدرجات الحرارة المتذبذبة بسرعة في الموجة الصوتية (في المصطلحات الحديثة ، وضغط الموجات الصوتية وتوسيع الهواء هو عملية ثابتة ، وليست عملية متساوية).
– خلال القرن السابع عشر ، كانت هناك محاولات عديدة لقياس سرعة الصوت بدقة ، بما في ذلك محاولات مارين ميرسين في عام 1630 (1380 قدمًا باريزيًا في الثانية) ، وبيير غاسيندي في عام 1635 (473 1 قدمًا باريزيًا في الثانية) وروبرت بويل (1،125 قدمًا باريسيًا) في الثانية). [4]
– في عام 1709 ، نشر الكاهن ويليام ديرهام ، رئيس جامعة Upminster ، مقياسًا أكثر دقة لسرعة الصوت ، عند 1،072 قدمًا باريسيًا في الثانية ، و قد استعمل ديرهام تلسكوبًا من برج كنيسة سانت لورانس ، أوبنستر لملاحظة وميض إطلاق بندقية بعيدة ، ثم قاس الوقت حتى سمع صوت إطلاق النار ببندول نصف ثانية.
سرعة الصوت
– سرعة الصوت هي المسافة المقطوعة في كل وحدة زمنية بموجة صوتية أثناء انتشارها عبر وسط مرن ، عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) ، تصل سرعة الصوت في الهواء إلى حوالي 343 مترًا في الثانية (1234.8 كيلومتر / ساعة ، 1،125 قدم / ثانية ، 767 ميل في الساعة ؛ 667 كيلوجرامًا) ، أو كيلومتر في 2.9 ثانية أو ميل في 4.7 س ، و يعتمد ذلك بشدة على درجة الحرارة ، و لكن يختلف أيضًا باختلاف عدة أمتار في الثانية بسبب وجود غازات.
– تعتمد سرعة الصوت في الغاز المثالي فقط على درجة حرارته وتكوينه ، و تتميز السرعة باعتماد ضعيف على التردد و الضغط في الهواء العادي ، حيث تنحرف قليلاً عن السلوك المثالي.
سرعة الصوت في الاوساط المختلفة
في الكلام اليومي العادي ، تشير سرعة الصوت إلى سرعة الموجات الصوتية في الهواء ، و مع ذلك فإن سرعة الصوت تختلف من مادة إلى أخرى : حيث ينتقل الصوت ببطء شديد في الغازات ، انها تنتقل بشكل أسرع في السوائل ، و أسرع بشكل اكبر في المواد الصلبة ، على سبيل المثال ، ينتقل الصوت بسرعة 343 م / ث في الهواء ؛ يسافر في 1،480 م / ث في الماء (4.3 مثل سرعة في الهواء) ؛ و 5،120 م / ث في الحديد (حوالي 15 ضعف سرعة الهواء). وفي مادة شديدة الصلابة مثل الاماس ، ينتقل الصوت بسرعة 12000 متر في الثانية (27000 ميل في الساعة) ؛ [1] (حوالي 35 ضعف سرعة الهواء) التي تقترب من السرعة القصوى التي يسلكها الصوت في الظروف العادية.
موجة القص
– و تتكون الموجات الصوتية في المواد الصلبة من موجات انضغاطية (كما هو الحال في الغازات و السوائل) ، و نوع مختلف من الموجات الصوتية تسمى موجة القص ، التي تحدث فقط في المواد الصلبة ، و عادةً ما تنتقل موجات القص في المواد الصلبة بسرعات مختلفة ، كما هو معروف في علم الزلازل ، و يتم تحديد سرعة موجات الضغط في المواد الصلبة بواسطة قابلية الانضغاط ، معامل القص و الكثافة ، و يتم تحديد سرعة موجات القص فقط بواسطة معامل القص والكثافة في المادة الصلبة.
– في ديناميكا الموائع ، يتم استخدام سرعة الصوت في وسط مائع (غاز أو سائل) كتدبير نسبي لسرعة الجسم المتحرك عبر الوسط ، و تسمى نسبة سرعة الجسم إلى سرعة الصوت في السائل رقم ماش للكائن.
تاريخ اكتشاف سرعة الصوت
– حسب العالم إسحاق نيوتن سرعة الصوت في الهواء بـ 979 قدمًا في الثانية (298 م / ث) ، وهو منخفض جدًا بنسبة 15٪ تقريبًا ، كان تحليل نيوتن حافزًا جيدًا لإهمال تأثير (غير معروف بعد) لدرجات الحرارة المتذبذبة بسرعة في الموجة الصوتية (في المصطلحات الحديثة ، وضغط الموجات الصوتية وتوسيع الهواء هو عملية ثابتة ، وليست عملية متساوية).
– خلال القرن السابع عشر ، كانت هناك محاولات عديدة لقياس سرعة الصوت بدقة ، بما في ذلك محاولات مارين ميرسين في عام 1630 (1380 قدمًا باريزيًا في الثانية) ، وبيير غاسيندي في عام 1635 (473 1 قدمًا باريزيًا في الثانية) وروبرت بويل (1،125 قدمًا باريسيًا) في الثانية). [4]
– في عام 1709 ، نشر الكاهن ويليام ديرهام ، رئيس جامعة Upminster ، مقياسًا أكثر دقة لسرعة الصوت ، عند 1،072 قدمًا باريسيًا في الثانية ، و قد استعمل ديرهام تلسكوبًا من برج كنيسة سانت لورانس ، أوبنستر لملاحظة وميض إطلاق بندقية بعيدة ، ثم قاس الوقت حتى سمع صوت إطلاق النار ببندول نصف ثانية.
