מהירות הקול

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מהירות הקול היא המהירות שבה נעים גלי הקול בתווך. מהירות הקול תלויה במקדם הקשיחות של חומר התווך ובצפיפות שלו. בתנאים מסוימים מושפעת מהירות הקול גם מהטמפרטורה והלחץ.

בדרך כלל, כשמדובר במהירות הקול הכוונה היא למהירות הקול באוויר, שהיא כ־344 מטר לשנייה או כ-1232 קמ"ש, בטמפרטורה של 21 מעלות צלזיוס באוויר יבש. בברזל, למשל, מהירות הקול היא אלפי מטרים בשנייה, ובמים מהירות הקול גבוהה פי 4 מהמהירות באוויר. לעומת זאת, בריק מוחלט או בחלל החיצון (שהצפיפות בו היא כאטום אחד למטר מעוקב), גלי הקול אינם יכולים לנוע כלל ולכן קולות אינם "נשמעים" בהם.

באופן כללי מהירות הקול ניתנת בנוסחה:

$c=\sqrt{\frac{C}{\rho}}$

C מסמל מקדם הקשיחות של החומר ואילו $ρ$ מסמל את צפיפות החומר.

מכיוון שמהירות הקול באוויר תלויה בלחץ האוויר היא תלויה בטמפרטורה ובגובה מעל פני הים.

נוסחה לחישוב מהירות הקול באוויר עפ"י הטמפרטורה:

$c_{\mathrm{air}} = (331{.}5 + 0{.}6 \cdot \vartheta) \ \mathrm{m/s}$

כאשר $\vartheta$ (תטה) מייצגת את הטמפרטורה בצלזיוס, ו-c מייצג את מהירות הקול באוויר.

ביטוי מדויק יותר:

$c = \sqrt {\kappa \cdot R\cdot T}$

כאשר R הוא קבוע הגזים האונברסלי המחולק למסה המולרית של האוויר. (287.05 לאוויר ביחדות של ג'אול לק"ג). κ (כפא) הוא 1.402 לאוויר, והאות T מייצגת את הטמפרטורה בקלווין.

מספר מאך הוא היחס בין מהירות עצם בתווך לבין מהירות הקול באותו תווך. מאך 1 שווה למהירות הקול, מאך 2 הוא פי 2 ממהירות הקול וכו'.