محددات سرعة الصوت

تأثير الكثافة

تعتمد سرعة الصوت بشكل كبير على كل من مرونة وكثافة الوسط الذي ينتقل خلاله. العلاقة بين سرعة الصوت ومرونة الوسط هي علاقة طردية، بينما العلاقة بين سرعة الصوت وكثافة الوسط هي علاقة عكسية. بمعنى آخر، كلما زادت مرونة الوسط وقلت كثافته، زادت سرعة انتقال الصوت. ينتقل الصوت بسرعة أكبر في السوائل مقارنة بالغازات، وبسرعة أكبر في المواد الصلبة مقارنة بالسوائل. (السرعة=المرونة/الكثافة)

تأثير الضغط

يكون لتغيرات ضغط الهواء تأثير ضئيل على سرعة الصوت في الغازات عند درجة حرارة ثابتة. ويرجع ذلك إلى أن زيادة الضغط تؤدي إلى زيادة مماثلة في الكثافة، مما يلغي تأثير كل منهما على السرعة. أما في السوائل، فإن زيادة الضغط تؤدي إلى زيادة طفيفة في سرعة الصوت. أي أن العلاقة بين الضغط وسرعة الصوت في السوائل هي علاقة طردية.

تأثير درجة الحرارة

تعتبر درجة الحرارة من العوامل الهامة التي تؤثر على سرعة الصوت. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت سرعة الصوت في الوسط، مما يعني أن العلاقة بين درجة الحرارة وسرعة الصوت هي علاقة طردية. عندما تصبح جزيئات المادة أكثر حرارة، فإنها تتحرك بسرعة أكبر، مما يسهل انتقال الموجات الصوتية.

وقد تمكن العلماء من وضع صيغة رياضية لحساب سرعة الصوت في الهواء الجاف اعتمادًا على درجة الحرارة:

سرعة الصوت= 331+ (0.61*درجة الحرارة).

في المواد الصلبة

ينتقل الصوت في المواد الصلبة بسرعة كبيرة نظرًا لتقارب وترابط جزيئاتها. هذا التقارب يتيح انتقال الطاقة الاهتزازية بسرعة وكفاءة أكبر. على سبيل المثال، تبلغ سرعة الصوت في بعض المواد الصلبة حوالي 6000 متر في الثانية، بينما تبلغ سرعة الصوت في الفولاذ حوالي 5100 متر في الثانية. وتعتبر سرعة الصوت في الألماس أسرع بحوالي 35 مرة من سرعتها في الماء.

في المواد الغازية

يكون انتقال الصوت أبطأ في الغازات مقارنة بالمواد الصلبة والسائلة، وذلك بسبب التباعد الكبير بين جزيئاتها. هذا التباعد يتطلب وقتًا أطول لنقل الطاقة الصوتية من جزيء إلى آخر.

في المواد السائلة

تنتقل الموجات الصوتية في السوائل بسرعة أكبر من الغازات وأبطأ من المواد الصلبة. المسافات بين الجزيئات في السوائل أقصر من تلك الموجودة في الغازات ولكنها أطول من تلك الموجودة في المواد الصلبة. هذا الترتيب يؤدي إلى سرعة صوت تقع بين السرعات في المواد الصلبة والغازية.