Skaņas ātrums

Skaņas ātrums ir ātrums, ar kādu vibrācijas (skaņa) viļņu veidā pārvietojas elastīgā vidē, t. i., cik lielu attālumu šie viļņi veic noteiktā laika posmā. Ātrums ir atkarīgs no vides blīvuma, struktūras, temperatūras u. c. (piemēram, ūdenī skaņa izplatās daudz ātrāk nekā gaisā)

Bieži ar šo terminu saprot skaņas ātrumu gaisā. Jūras līmenī 21 °C temperatūrā un normālā atmosfēras spiedienā skaņas ātrums ir 344 m/s (1238 km/h).

Ātrumu, kas ir lielāks par skaņas ātrumu, sauc par virsskaņas ātrumu.

Pirmais cilvēks, kas pārsniedzis skaņas ātrumu, bija ASV Gaisa spēku kapteinis Čārlzs Jēgers (Charles "Chuck" Yeager) 1947. gada 14. oktobrī ar raķešlidmašīnu X-1.

Maha skaitlis

Aviācijā tiek lietots "Maha skaitlis", kas ir lidaparāta faktiskais ātrums attiecībā pret skaņas ātrumu tajā vidē, kurā tas kustas.

Skaņas ātrums šķidrumā un gāzē‎

Garenviļņi ir saistīti ar vides tilpuma deformāciju, tāpēc skaņa garenviļņa veidā var izplatīties kā cietās, tā arī šķidrās un gāzveidīgās vidēs.

Gaisā pie 0 °C skaņa izplatās ar ātrumu 331 m/s. Gaisā skaņa vienu kilometru veic aptuveni trijās sekundēs. Tukšumā (vakuumā) skaņa neizplatās.

Gāzēs un šķidrumos, kur skaņa parasti izplatās adiabātiski (temperatūras izmaiņa saistīta ar vides saspiešanu un atslābšanu skaņas viļņu iedarbībā, nespēj izlīdzināties perioda laikā) skaņas ātruma izteiksme ir:

$c={\sqrt {K_{ad}\rho }}={\sqrt {\frac {1}{\beta _{ad}\rho }}}={\sqrt {\frac {\gamma }{\beta _{iz}\rho }}}$

K_ad — adiabātiskās saspiešanas modulis, ρ — vides blīvums, β_ad — adiabātiskā saspiežamība, β_iz — γβ_ad — izotermiskā saspiežamība, γ = c_p/c_v — siltumietilpības attiecība pie konstanta spiediena c_p un konstanta tilpuma c_v.

Skaņas ātrums ideālās gāzēs

$\nu ={\sqrt {\frac {C_{p}RT}{C_{v}M}}}$

ν — skaņas izplatīšanās ātrums, T — temperatūra kelvinos, M — molmasa, R — universālā gāzu konstante, C_p — C_v īpatnējā siltumietilpība.

Skaņas ātrums gāzēs ir mazāks nekā šķidrumos, bet šķidrumos ir mazāks nekā cietos ķermeņos, tāpēc, saspiežot gāzi, skaņas ātrums tajā pieaug.

Skaņas ātrums gāzēs pie 0 °C un pie spiediena 1 atm

Gāze	m/sek
Slāpeklis	334
Skābeklis	316
Gaiss	331
Hēlijs	965
Ūdeņradis	1284
Metāns	430
Amonjaks	415

Skaņas ātrums gāzēs pieaug līdz ar temperatūras un spiediena paaugstināšanos, bet šķidrumos līdz ar temperatūras paaugstināšanos skaņas ātrums kļūst mazāks. Izņēmums ir tikai ūdens, kurā skaņas ātrums aug līdz ar temperatūras paaugstināšanos un sasniedz maksimumu pie 74 °C, bet, turpinot temperatūrai augt, skaņas ātrums samazinās. Jūras ūdenī skaņas ātrums ir atkarīgs no temperatūras, sāļuma un dziļuma.

Skaņas ātrums šķidrumos pie 20 °C

Šķidrums	m/sek
Ūdens	1490
Benzols	1324
Etilspirts	1180
Dzīvsudrabs	1453
Glicerīns	1923

Skaņas ātrums gāzu vai šķidrumu maisījumos ir atkarīgs no atsevišķu sastāvdaļu koncentrācijas.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Skaņas ātrums.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)