قيمة سرعة الصوت في الهواء
تقدّر سرعة الصوت عند ارتفاع مستوى سطح البحر في الظروف القياسية بنحو 761 ميلاً في الساعة، أو 1120 قدم/ثانية، أو ما يعادل 1225كم/ساعة، أو 340 م/ث،[١] وبشكل عام تعتبر سرعة الصوت داخل أحد الغازات ثابتة، وهي تعتمد على نوع الغاز؛ إذ تختلف سرعة الصوت في الهواء، عن سرعته في الأكسجين النقي، أو في غاز ثاني أكسيد الكربون، كما تعتمد على درجة حرارة الغاز، وهي تساوي الجذر التربيعي للحرارة النوعية (Specific Heat) مضروبة في ثابت الغاز، ودرجة الحرارة بالكلفن؛ أي:[١]
- سرعة الصوت = الجذر التربيعي لـ (الحرارة النوعية للغاز×ثابت الغاز×درجة الحرارة بالكلفن).
كيفية حساب سرعة الصوت في الهواء
تعتمد سرعة الصوت في الهواء بشكل أساسي على درجة حرارته، كما تعتمد بدرجة أقل على رطوبته وهي مقدار قطرات بخار الماء الموجودة في الهواء،[٢] وبشكل عام يمكنك حساب سرعة الصوت في الهواء وفقاً للمعادلة الآتية:[٣]
- سرعة الصوت في الهواء = 20.05×(273.16+درجة الحرارة بالسيلسيوس)^0.5
وفيما يلي جدول يبين سرعة الصوت في الهواء باختلاف درجات الحرارة، وآخر وفق اختلاف درجات الرطوبة:[٣]
درجة الحرارة (درجة مئوية) | سرعة الصوت (م/ث) |
-40 | 306.2 |
0 | 331.4 |
20 | 343.3 |
40 | 354.7 |
60 | 365.7 |
80 | 376.6 |
100 | 386.9 |
300 | 476.3 |
500 | 548.8 |
1000 | 694.8 |
الرطوبة النسبية (%) | ||||||||
90 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 | درجة الحرارة |
331.7 | 331.7 | 331.6 | 331.6 | 331.6 | 331.5 | 331.5 | 331.5 | 0 |
338.0 | 337.9 | 337.9 | 337.8 | 337.7 | 337.7 | 337.6 | 337.5 | 10 |
344.5 | 344.2 | 344.1 | 344.0 | 343.9 | 343.7 | 343.6 | 343.5 | 20 |
نظرة عامة حول سرعة الموجات الصوتية
يمكن تعريف الصوت ببساطة بأنه الإحساس الناشئ في دماغ الإنسان استجابة للمدخلات الحسية من الأذن الداخلية،[١] وتنتقل الموجة الصوتية (بالإنجليزية: Sound Wave) عبر الأوساط المختلفة عن طريق تفاعل الجسيمات مع بعضها البعض؛ فعندما يضطرب أحد الجسيمات، فإنه يبذل قوة على الجسيم المجاور له، مما يؤدي إلى تغيير حالة الجسيم من السكون ونقل الطاقة عبر الوسط، وبشكل عام تُشير سرعة الموجة الصوتية كغيرها من الموجات إلى مدى سرعة انتقال الاضطراب من جسيم إلى آخر في الوسط نفسه، بينما يُشير التردد (بالإنجليزية: Frequency) إلى عدد الاهتزازات التي يقوم بها الجسيم في كل وحدة زمن، أما السرعة فتُشير إلى المسافة التي يقطعها الاضطراب لكل وحدة زمنية، ويتم التعبير عنها بوحدة متر/ثانية (م/ث).[٢]
يجدر بالذكر هنا أن الزيادة في سرعة انتقال الموجة الصوتية تؤدي إلى زيادة المسافة التي تقطعها في نفس الفترة الزمنية، فالموجة الصوتية التي سرعتها 350 م/ث، تغطي مسافة أكبر خلال ثانيتين (770م) مقارنة بالموجة التي تبلغ سرعتها (330م/ث) والتي ستقطع مسافة (660م) خلال ثانيتين.[٢]
من الأمور التي يجب ذكرها هنا هو أن سرعة الموجات الصوتية تعتبر بطيئة عند مقارنتها بسرعة الموجات الضوئية؛ إذ ينتقل الضوء عبر الهواء بسرعة تقارب 300,000,000 م/ث، وهو ما يعادل تقريباً 900,000 ضعف سرعة الصوت، وهو ما يفسر سبب الفارق الزمني بين الرعد والبرق أثناء العاصفة؛ إذ تصل الموجة الضوئية من موقع الصاعقة في وقت قصير جداً أما وصول الموجة الصوتية فيحدث بعد ذلك بكثير.[٢]
المراجع
- ^ أ ب ت "speed of sound ", www.grc.nasa.gov, Retrieved 23-6-2021. Edited.
- ^ أ ب ت ث "The Speed of Sound", www.physicsclassroom.com, Retrieved 23-6-2021. Edited.
- ^ أ ب "Speed of Sound in Air", www.engineeringtoolbox.com, Retrieved 23-6-2021. Edited.
