Ile wynosi prędkość dźwięku?

W powietrzu prędkość dźwięku wynosi około 340 m/s, czyli około 1224 km/h, przy temperaturze 15–20°C. Nie jest to jednak jedna stała wartość. Zależy przede wszystkim od ośrodka, w którym rozchodzi się fala, oraz od jego temperatury. Dźwięk jest falą mechaniczną, dlatego w idealnej próżni nie może się rozprzestrzeniać.

Ile wynosi prędkość dźwięku w powietrzu?

Najczęściej przyjmuje się wartość 343,8 m/s w temperaturze 20°C. Po przeliczeniu daje to około 1238 km/h. W temperaturze 15°C prędkość wynosi około 340,3 m/s, czyli w przybliżeniu 1225 km/h. Dlatego w codziennych obliczeniach często stosuje się zaokrąglenie do 340 m/s lub 1224 km/h.

Przeliczenie jednostek jest proste: wartość wyrażoną w metrach na sekundę trzeba pomnożyć przez 3,6, aby otrzymać kilometry na godzinę. Nie należy mylić tej wartości z prędkością światła, która w próżni wynosi około 300 000 km/s i jest wielokrotnie większa.

Temperatura a prędkość dźwięku w powietrzu

W gazach wzrost temperatury zwiększa prędkość rozchodzenia się dźwięku. Poniższe wartości dotyczą powietrza i mają charakter orientacyjny:

Wilgotność powietrza także może nieznacznie zmienić wynik, ale w typowych zastosowaniach najważniejszym czynnikiem pozostaje temperatura. W przybliżeniu nie trzeba natomiast korygować wartości tylko dlatego, że zmieniło się ciśnienie atmosferyczne. Na większej wysokości prędkość dźwięku zwykle maleje głównie dlatego, że spada temperatura powietrza.

Dlaczego dźwięk porusza się z różną prędkością?

Dźwięk jest podłużną falą mechaniczną. Powstaje wtedy, gdy drgania źródła wywołują naprzemienne zagęszczenia i rozrzedzenia cząsteczek ośrodka. Energia drgań jest przekazywana kolejnym cząsteczkom, dlatego fala potrzebuje materialnego środowiska. W próżni nie ma cząsteczek, które mogłyby przekazywać to zaburzenie, więc dźwięk się tam nie rozchodzi.

Na prędkość wpływają przede wszystkim sprężystość i gęstość ośrodka. Sama większa gęstość nie gwarantuje szybszego rozchodzenia się fali. Liczy się także to, jak łatwo materiał reaguje na odkształcenie i przekazuje energię sąsiednim cząsteczkom. W przybliżeniu dźwięk rozchodzi się:

• W powietrzu – około 340 m/s w temperaturze 15°C.
• W wodzie – około 1500 m/s, czyli znacznie szybciej niż w powietrzu.
• W stali – około 5100–6000 m/s, zależnie od rodzaju materiału i warunków.
• W diamencie – około 18 000 m/s dla wybranych rodzajów fal i kierunków pomiaru.

W typowych warunkach ciała stałe przewodzą dźwięk szybciej niż ciecze, a ciecze szybciej niż gazy. Rzeczywista wartość zależy jednak od właściwości konkretnego materiału. Dźwięk może też rozchodzić się w innych ośrodkach, na przykład w drewnie, szkle czy betonie, ale nie ma jednej uniwersalnej prędkości przypisanej samemu zjawisku.

Jak wykorzystać prędkość dźwięku w praktyce?

Różnica między prędkością światła a prędkością dźwięku pozwala oszacować odległość od burzy. Błyskawicę widzimy niemal natychmiast, ponieważ światło dociera do obserwatora bardzo szybko. Grzmot pojawia się później, gdy fala dźwiękowa pokona odległość dzielącą nas od wyładowania.

W powietrzu dźwięk pokonuje około 1 km w mniej więcej 3 sekundy. Aby obliczyć przybliżoną odległość od pioruna, podziel czas między błyskiem a grzmotem przez 3. Jeśli huk usłyszysz 12 sekund po błysku, burza znajduje się w odległości około 4 km.

Prędkość dźwięku jest także punktem odniesienia dla liczby Macha. Mach 1 oznacza prędkość równą prędkości dźwięku w danym ośrodku. Ponieważ ta prędkość zmienia się wraz z temperaturą i wysokością, lot z prędkością 1 Macha nie zawsze oznacza dokładnie tę samą wartość wyrażoną w km/h. Samolot poruszający się szybciej niż lokalna prędkość dźwięku generuje fale uderzeniowe, które mogą być słyszane jako grom dźwiękowy.

Najkrótsza odpowiedź brzmi: w powietrzu, w temperaturze około 15–20°C, dźwięk porusza się z prędkością około 340–344 m/s, czyli mniej więcej 1224–1238 km/h.