Geluidssnelheid
Van Wikipedia
De geluidssnelheid in een bepaald medium, zoals lucht, water en allerlei andere materialen, is de snelheid waarmee geluidstrillingen of geluidsgolven zich voortplanten door dat medium. Deze snelheid hangt af van de vastheid en samenstelling van dat medium en ook van de temperatuur. Voor lucht en bij kamertemperatuur is de geluidssnelheid ca. 340 meter per seconde; bij droge lucht (met relatief weinig waterdamp) met een temperatuur van 0ºC is dat 331 m/s of 1194 km/uur. In vloeistoffen en vaste stoffen is de geluidssnelheid meestal hoger. In water bijvoorbeeld plant geluid zich voort met een snelheid van ca. 1500 m/s; in hout is dat ca. 3300 m/s; in staal ca. 5800 m/s. Bij de hardste metalen kan de geluidssnelheid oplopen tot 43.000 km/uur.
De geluidssnelheid is afhankelijk van de natuurlijke elasticiteit van de moleculen waaruit het medium waarin het geluid zich voortplant, bestaat.
Wanneer een vliegtuig sneller vliegt dan zijn eigen geluid treedt een effect op dat men 'het doorbreken van de geluidsbarrière' noemt.
De eenheid van geluidssnelheid, het Machgetal is hiervan afgeleid.
Inhoud |
[bewerk] Geluidssnelheid in lucht
Een formule die de geluidssnelheid c in een ideaal gas (in de aerodynamica wordt vaak de letter a gebruikt) verbindt met de temperatuur, is :
;
daarin is 
de specifieke-warmteverhouding (voor lucht 1,41), R de gasconstante (voor lucht 287,05 J/kg/K) en T de absolute temperatuur in kelvin.
Voor lucht kan de bovenstaande formule benaderd worden door:
,
met
de temperatuur in graden Celsius.
De snelheid neemt toe met de temperatuur, en bij 20°C is de geluidssnelheid ongeveer 12 m/s groter dan bij bij 0°C. De geluidssnelheid is vrijwel onafhankelijk van de frequentie van het geluid en ook van de luchtdruk, maar de geluidssnelheid ten opzichte van de grond kan wel beïnvloed worden door de snelheid van de wind.
De bovenstaande formule kan bij standaard druk p en standaard temperatuur ook geschreven worden als:
Daarin is:
- p = 101325 pascal
en
- ρ de dichtheid van het gas.
[bewerk] Geluidssnelheid in water
De geluidssnelheid in water is ongeveer 1500 m/s, veel hoger dan in lucht. Het is mogelijk om veranderingen van de temperatuur van de oceaan te meten door te kijken hoe de geluidssnelheid over grote afstanden verandert.
Deze formule van Medwin is een empirische formule, waarvan er vele bestaan. Andere namen in dit verband zijn Chen & Millero, Wilson, Del Grosso, Kinsler & Frey, Horton en Lovett.
Een probleem is, dat de geluidssnelheid afhankelijk is van de dichtheid en het geleidingsvermogen van het medium waardoor de geluidsgolf zich voorplant. In dit geval is dat water, waarvan die factoren worden beïnvloed door temperatuur en zoutgehalte.
De geluidssnelheid laat zich berekenen door de volgende formule:
c = 1449,2 + 4,6T − 0,055T2 + 0,00029T3 + (1,34 − 0,01T)(S − 35) + 0,016d
waarbij:
- c = geluidssnelheid (m/s)
- T = temperatuur (ºC)
- s = zoutgehalte (‰)
- d = waterdiepte (m)
Deze formule van Medwin is een empirische formule, waarvan er vele bestaan. Andere namen in dit verband zijn Chen & Millero, Wilson, Del Grosso, Kinsler & Frey, Horton en Lovett.
De grote invloed van de temperatuur valt direct op alsmede dat hoe zouter het water is hoe hoger de snelheid wordt. Je kunt de geluidssnelheid direct meten met een geluidssnelheidsmeter. De fout in metingen door een verkeerde geluidssnelheid is miniem in ondiep water:
Verschil in diepte bij een fout in de geluidssnelheid van 10 m/s: Aanname:
- V = 1500 m/s
- D = 10 m
Aangezien deze fout systematisch is zal het verschil op 200 meter diepte 20 keer zo groot zijn, namelijk 20 x 0.067 m = 1.34 meter
Op verschillende plaatsen en tijden zal altijd verschil in geluidssnelheid optreden. Men moet zich bewust zijn van de onnauwkeurigheid die hierdoor kan ontstaan en zich afvragen of de onnauwkeurigheid binnen de tolerantie valt. Bijvoorbeeld wanneer het getij draait of men in een dieper gedeelte gaat peilen. Men moet dan overwegen om een nieuwe geluidssnelheidsmeting of barcheck te doen.
[bewerk] Geluidssnelheid in vaste stoffen
De temperatuur van de stof is, tenzij anders vermeld, 293 K.
| stof | temperatuur (K) | snelheid (m/s) |
|---|---|---|
| Aluminium | 5080 | |
| Been (massief) | 3000 | |
| Been (poreus) | 2600 | |
| Beton | 4300 | |
| Glas | 4000-4500 | |
| Ivoor | 3000 | |
| Koper | 3800 | |
| Marmer | 3800 | |
| Rubber | 50 | |
| Staal | 5100 | |
| Steen | 3600 | |
| IJs | 269 | 3280 |
| IJzer | 5100 |
[bewerk] Geluidssnelheid in vloeistoffen
De temperatuur van de vloeistof is, tenzij anders vermeld, 293 K.
| vloeistof | temperatuur (K) | snelheid (m/s) |
|---|---|---|
| ethanol | 1170 | |
| glycerol | 1930 | |
| methanol | 1120 | |
| siliconenolie | 790 | |
| water | 273 | 1403 |
| water | 293 | 1484 |
| water | 313 | 1529 |
| water | 333 | 1540 |
| water | 353 | 1555 |
| water | 373 | 1543 |
| zwaar water | 1380 | |
| zeewater | 1510 |
[bewerk] Geluidssnelheid in gassen en dampen
De temperatuur van het gas is, tenzij anders vermeld, 293 kelvin (K).
| gas | temperatuur (K) | snelheid (m/s) |
|---|---|---|
| Ether | 360 | 206 |
| helium | 965 | |
| koolstofdioxide | 259 | |
| lucht | 233 | 307 |
| lucht | 253 | 319 |
| lucht | 273 | 332 |
| lucht | 293 | 343 |
| lucht | 313 | 354 |
| methaan | 430 | |
| waterdamp | 407 | 494 |
| waterstof | 1284 |
| {{{afb_links}}} | Akoestiek | {{{afb_rechts}}} | {{{afb_groot}}} |
|---|---|---|---|
|
Geluid - Decibel - Geluidssterkte - Geluidsintensiteit - Geluidssnelheid - Geluidsgolf - Ultrageluid - Infrageluid - Puntbron - Lijnbron - Gehoordrempel - Gehoorschade - Geluidshinder |
