Química

Velocidad del sonido

Velocidad del sonido


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Las ondas sonoras son ondas mecánicas y su propagación está ligada a un medio. La velocidad del sonido C es la velocidad con la que se propagan las ondas sonoras en un medio. La velocidad del sonido es 343metros-1 por20° C en aire. A temperaturas negativas en las capas de aire más altas, se hunde por debajo300metros-1La velocidad del sonido en el agua es 1490metros-1y en hierro 5120metros-1.

En gases y líquidos, el sonido se propaga exclusivamente como una onda longitudinal. Cabe señalar que las fluctuaciones de densidad son adiabáticas. Entonces, la velocidad de propagación se deduce de la ecuación de estado.

En los sólidos, por otro lado, el sonido puede propagarse tanto como una onda longitudinal como transversal, cuyas velocidades de propagación son diferentes.

Unidades de aprendizaje en las que se trata el término

Sonido15 minutos.

FísicamecánicaTeoría de ondas

Esta sección trata de la propagación del sonido.

Medida de sonido20 minutos.

Químicaquímica técnicaTecnología de medición química

La unidad de aprendizaje explica los métodos más importantes para medir el sonido.


Velocidad del sonido

los Velocidad del sonido c S < estilo de visualización c _ < texto>> es la velocidad con la que se propagan las ondas sonoras en un medio. Su unidad SI es metros por segundo (m / s).

La velocidad del sonido depende generalmente del medio (especialmente la elasticidad y densidad) y su temperatura, en los fluidos también de la presión y en los sólidos principalmente del tipo de onda (onda longitudinal, onda de corte, onda de Rayleigh, onda de Lamb, etc.) y en la frecuencia. En medios anisotrópicos, también depende de la dirección. En gases o mezclas de gases, p. Ej. B. en aire normal, solo la dependencia de la temperatura juega un papel importante.

La velocidad del sonido en aire seco a 20 ° C es 343,2 m / s (1236 km / h). [1]


Velocidad del sonido

Velocidad del sonido, Velocidad de propagación de un progresivo Onda de sonido en un medio sólido, líquido o gaseoso. Depende de las propiedades elásticas y de la densidad del medio así como de la presión y temperatura y, en el caso de la dispersión del sonido, también de la frecuencia (ver tabla). Con la aparición de la dispersión del sonido, uno tiene que elegir entre el Velocidad de fase, con el que, por ejemplo, se propaga un frente de onda, y el Velocidad de grupocon el que se transporta la energía. Para el sonido audible (superficie del oído), la dispersión puede despreciarse. En contraste con la velocidad de propagación de la onda de sonido, la velocidad de las partículas oscilantes en el medio se denomina velocidad del sonido.

Velocidad del sonido: La velocidad del sonido en sólidos y líquidos a 15 ° C, en gases a 0 ° 176 ° C y presión normal.

Descubra nuestra recomendación de libros sobre el tema. "Velocidad del sonido" en la tienda Springer!

Opinión del lector

Si tiene algún comentario sobre el contenido de este artículo, puede informar a los editores por correo electrónico. Leímos su carta, pero le pedimos que comprenda que no podemos responder a todas.

Volúmenes de personal I y II

Silvia Barnert
Dr. Matthias Delbrück
Dr. Helado reinald
Natalie Fischer
Walter Greulich (editor)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
Dr. Radones de Gunnar
MS (Óptica) Lynn Schilling-Benz
Dr. Joachim Schüller

Christine Weber
Ulrich Kilian

La abreviatura del autor está entre corchetes, el número entre paréntesis es el número del área temática, se puede encontrar una lista de áreas temáticas en el prólogo.

Katja Bammel, Berlín [KB2] (A) (13)
Prof. Dr. W. Bauhofer, Hamburgo (B) (20, 22)
Sabine Baumann, Heidelberg [SB] (A) (26)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Fráncfort [HB1] (A, B) (29)
Prof. Dr. Klaus Bethge, Fráncfort (B) (18)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Angela Burchard, Ginebra [AB] (A) (20, 22)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Heidelberg [FE] (A) (27 Ensayos de biofísica)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Dr. Andreas Faulstich, Oberkochen [AF4] (A) (Ensayo Óptica adaptativa)
Prof. Dr. Rudolf Feile, Darmstadt (B) (20, 22)
Stephan Fichtner, Dossenheim [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Friburgo [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Dossenheim [NF] (A) (32)
Prof. Dr. Klaus Fredenhagen, Hamburgo [KF2] (A) (Ensayo Teoría de campos cuánticos algebraicos)
Thomas Fuhrmann, Heidelberg [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Heidelberg [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22 sistemas de procesamiento de datos de ensayos para futuros experimentos de alta energía y iones pesados)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Gotinga [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzburgo [MG1] (A, B) (01, 16 teoría funcional de la densidad de ensayos)
Prof. Dr. Hellmut Haberland, Freiburg [HH4] (A) (Física de grupos de ensayos)
Dr. Andreas Heilmann, Chemnitz [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Jens Hoerner, Hannover [JH] (A) (20)
Dr. Dieter Hoffmann, Berlín [DH2] (A, B) (02)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Ulrich Kilian, Hamburgo [Reino Unido] (A) (19)
Thomas Kluge, Mainz [TK] (A) (20)
Achim Knoll, Estrasburgo [AK1] (A) (20)
Andreas Kohlmann, Heidelberg [AK2] (A) (29)
Dr. Barbara Kopff, Heidelberg [BK2] (A) (26)
Dr. Bernd Krause, Karlsruhe [BK1] (A) (19)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Dr. Andreas Markwitz, Dresde [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Bensheim [HM3] (A) (29)
Mathias Mertens, Mainz [MM1] (A) (15)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Warwick, Reino Unido [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09 Ensayo Acústica)
Guenter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Maritha Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Dr. Christopher Monroe, Boulder, EE. UU. [CM] (A) (Ensayo de átomos y trampas de iones)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33 Ensayo de física cotidiana)
Dr. Nikolaus Nestle, Ratisbona [NN] (A) (05)
Dr. Thomas Otto, Ginebra [TO] (A) (06 Mecánica analítica de ensayos)
Prof. Dr. Harry Paul, Berlín [HP] (A) (13)
Candó. Phys. Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Prof. Dr. Ulrich Platt, Heidelberg [UP] (A) (Atmósfera de ensayo)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, México [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14 Ensayo Teoría General de la Relatividad)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Prof. Dr. Radones de Günter, Stuttgart [GR2] (A) (11)
Oliver Rattunde, Freiburg [OR2] (A) (física de 16 grupos de ensayos)
Dr. Karl-Henning Rehren, Göttingen [KHR] (A) (Ensayo Teoría de campos cuánticos algebraicos)
Ingrid Reiser, Manhattan, Estados Unidos [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlín [URE] (A) (21)
Prof. Dr. Hermann Rietschel, Karlsruhe [HR1] (A, B) (23)
Dr. Peter Oliver Roll, Mainz [OR1] (A, B) (04, 15 distribuciones de ensayos)
Hans-Jörg Rutsch, Heidelberg [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Newcastle upon Tyne, Reino Unido [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Prof. Dr. Arthur Scharmann, Giessen (B) (06, 20)
Dr. Arne Schirrmacher, Múnich [AS5] (A) (02)
Christina Schmitt, Friburgo [CS] (A) (16)
Candó. Phys. Jörg Schuler, Karlsruhe [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Mainz [JS2] (A) (Mecánica analítica de 10 ensayos)
Prof. Dr. Heinz-Georg Schuster, Kiel [HGS] (A, B) (11 ensayos Caos)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Múnich [KS] (A, B) (07, 20)
Cornelius Suchy, Bruselas [CS2] (A) (20)
William J. Thompson, Chapel Hill, EE. UU. [JMJ] (A) (Computadoras de ensayo en física)
Dr. Thomas Volkmann, Colonia [TV] (A) (20)
Dipl.-Geofis. Rolf vom Stein, Colonia [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (atmósfera de 29 ensayos)
Manfred Weber, Fráncfort [MW1] (A) (28)
Markus Wenke, Heidelberg [MW3] (A) (15)
Prof. Dr. David Wineland, Boulder, EE. UU. [DW] (A) (Ensayo de átomos y trampas de iones)
Dr. Harald Wirth, Saint Genis-Pouilly, F [HW1] (A) (20) Steffen Wolf, Friburgo [SW] (A) (16)
Dr. Michael Zillgitt, Fráncfort [MZ] (A) (02)
Prof. Dr. Helmut Zimmermann, Jena [HZ] (A) (32)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)

Dr. Ulrich Kilian (responsable)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlín

La abreviatura del autor está entre corchetes, el número entre paréntesis es el número del área temática, se puede encontrar una lista de áreas temáticas en el prólogo.

Markus Aspelmeyer, Múnich [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Hans-Georg Bartel, Berlín [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Fráncfort [HB1] (A, B) (29)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Ulf Borgeest, Hamburgo [UB2] (A) (Cuásares de ensayo)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlín [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Karl Eberl, Stuttgart [KE] (A) (Ensayo sobre epitaxia de haz molecular)
Dr. Dietrich Einzel, Garching [DE] (A) (20)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Viena [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33 ensayo Fenómenos ópticos en la atmósfera)
Dr. Christian Eurich, Bremen [CE] (A) (Ensayo sobre redes neuronales)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15 ensayos sobre teoría de la filtración)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Microscopía de sonda de barrido de ensayos)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Berna [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzburgo [MG1] (B) (01, 16)
Gunther Hadwich, Múnich [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Christoph Heinze, Hamburgo [CH3] (A) (29)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Florian Herold, Múnich [FH] (A) (20)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlín [DH2] (A, B) (02)
Dr. Georg Hoffmann, Gif-sur-Yvette, FR [GH1] (A) (29)
Dr. Gert Jacobi, Hamburgo [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Catherine Journet, Stuttgart [CJ] (A) (nanotubos de ensayo)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen, [JK] (A) (04 Ensayo de métodos numéricos en física)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15 ensayo de gravedad cuántica)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22 años)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Reino Unido] (A) (19)
Dr. Uwe Klemradt, Munich [UK1] (A) (20, transiciones de fase de ensayo y fenómenos críticos)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, EE. UU. [AK3] (A) (02)
Dr. Berndt Koslowski, Ulm [BK] (A) (Ensayo de superficie y física de interfaces)
Dr. Bernd Krause, Múnich [BK1] (A) (19)
Dr. Jens Kreisel, Grenoble [JK2] (A) (20)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburgo [VL] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, Múnich [AL] (A) (20)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, Nueva Zelanda [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Prof. Dr. Karl von Meyenn, Múnich [KVM] (A) (02)
Dr. Rudi Michalak, Augsburgo [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09)
Günter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Marita Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20 ensayos sobre epitaxia de haz molecular, física de superficies e interfaces y microscopía de sonda de barrido)
Dr. Thomas Otto, Ginebra [TO] (A) (06)
Dr. Ulrich Parlitz, Gotinga [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, México [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Múnich [RAP] (A) (14)
Dr. Andrea Quintel, Stuttgart [AQ] (A) (nanotubos de ensayo)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15 ensayos de informática cuántica)
Robert Raussendorf, Múnich [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, Estados Unidos [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlín [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15 ensayos de mecánica cuántica y sus interpretaciones)
Prof. Dr. Siegmar Roth, Stuttgart [SR] (A) (nanotubos de ensayo)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Lovaina, B [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlín [MS4] (A) (02)
Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (nanotubos de ensayo)
Dr. Martin Schön, Constance [MS] (A) (14)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Paul Steinhardt, Princeton, EE. UU. [PS] (A) (Ensayo de cuasicristales y células cuasiunitarias)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Múnich [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, Múnich [TC1] (A) (22)
Cornelius Suchy, Bruselas [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, Múnich [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Gerald 't Hooft, Utrecht, NL [GT2] (A) (renormalización del ensayo)
Dr. Annette Vogt, Berlín [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Colonia [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Colonia [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Dr. Hildegard Wasmuth-Fries, Ludwigshafen [HWF] (A) (26)
Manfred Weber, Fráncfort [MW1] (A) (28)
Priv.-Doz. Dr. Burghard Weiss, Lübeck [BW2] (A) (02)
Prof. Dr. Klaus Winter, Berlín [KW] (A) (ensayo de física de neutrinos)
Dr. Achim Wixforth, Múnich [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, EE. UU. [SW] (A) (16)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23 ensayos de superconductores orgánicos)
Priv.-Doz. Dr. Jörg Zegenhagen, Stuttgart [JZ3] (A) (21 reconstrucciones de superficies de ensayo)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, Múnich [WZ] (A) (20)

Dr. Ulrich Kilian (responsable)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlín

La abreviatura del autor está entre corchetes, el número entre paréntesis es el número del área temática, se puede encontrar una lista de áreas temáticas en el prólogo.

Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, Múnich [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Hans-Georg Bartel, Berlín [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29 Ensayos de sismología)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlín [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Prof. Dr. Martin Dressel, Stuttgart (A) (ensayo de ondas de densidad de espín)
Dr. Michael Eckert, Múnich [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (ensayo de superconductividad y superfluidez)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Viena [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Friburgo [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Fráncfort [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Ensayos de simetría y vacío)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, Múnich [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, EE. UU. (A) (ensayo de sonoluminiscencia)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlín [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hamburgo [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Friburgo [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22 años)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Reino Unido] (A) (19)
Thomas Kluge, Jülich [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, EE. UU. [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, Múnich [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburgo [VL] (A) (04)
Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (ensayo de sonoluminiscencia)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, Múnich [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (ensayo de teoría de cuerdas)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, Nueva Zelanda [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresde [RM1] (A) (23 ensayo sobre física de baja temperatura)
Günter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Ensayo de física ambiental)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Ginebra [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Gotinga [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, México [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Múnich [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, Múnich [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, Estados Unidos [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlín [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlín [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14 ensayo Teoría especial de la relatividad)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Múnich [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, Múnich [TC1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Giessen [BS] (A) (Ensayo de filosofía de la ciencia)
Cornelius Suchy, Bruselas [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, Múnich [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, Munich (A) (ensayo de teoría de cuerdas)
Dr. Annette Vogt, Berlín [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Colonia [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Colonia [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Fráncfort [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hamburgo [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, Múnich [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, EE. UU. [SW] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, Múnich [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, Múnich [WZ] (A) (20)

Artículos sobre el tema

Carga.

Velocidad del sonido en el gas ideal

Gas ideal clásico

Dado que el módulo de compresión de un gas ideal clásico puro $ K = kappa , p $ solo depende del exponente adiabático $ kappa , $ ("kappa") del gas y de la presión predominante $ p , $, la velocidad del sonido da como resultado

Aquí $ R $ es la constante universal del gas, $ M $ la masa molar (masa de 1 mol del gas) y $ T $ la temperatura absoluta. Para valores fijos $ M $ y $ kappa $, es decir, para un gas ideal dado, la velocidad del sonido solo depende de la temperatura; en particular, no depende de la presión y la densidad del gas.

El exponente adiabático se calcula a partir de $ kappa = tfrac $, donde $ f $ es el número de grados de libertad de movimiento de una partícula (átomo o molécula). $ F mathord = 3 $ se aplica a un punto de masa, $ f mathord = 5 $ para una mancuerna rígida formada por dos puntos de masa y $ f mathord = 6 $ para un cuerpo rígido. Por cada posible oscilación fundamental, $ f $ aumenta en dos. El exponente adiabático solo puede tener los siguientes valores:

  • $ kappa mathord = tfrac <5> <3> mathord = 1.67 $ para un gas monoatómico (por ejemplo, gas noble),
  • $ kappa mathord = tfrac <7> <5> mathord = 1.4 $ para un gas diatómico (sin vibración de las moléculas, por ejemplo, nitrógeno N2, Hidrógeno H2, Oxígeno O2),
  • $ kappa mathord le tfrac <8> <6> mathord = 1.33 $ para todas las moléculas más grandes o más complicadas.

Para el aire, medimos $ kappa mathord = 1 <,> 402 $ y obtenemos $ M mathord = 0.02896 , mathrm con una masa molar promedio $ para nitrógeno y oxígeno a temperatura normal $ T mathord = 293 <,> 15 mathrm $ (20 ° C):

muy de acuerdo con el valor medido en aire seco.

La velocidad del sonido $ c _ < text> = sqrt < kappa , tfrac> $ es ligeramente menor que la velocidad de traducción media $ sqrt < overline> = sqrt <3 , tfrac> $ de las partículas que vuelan en el gas. Esto está en consonancia con la interpretación clara de la propagación del sonido en la teoría cinética de los gases: las partículas que vuelan unas alrededor de las otras transportan al medio ambiente una pequeña desviación local en la presión y la densidad del valor medio.

El factor $ kappa $ proviene de la ecuación de estado adiabática, que describe procesos en los que la temperatura no permanece constante aunque no se intercambia calor. Las ondas sonoras consisten en fluctuaciones periódicas de densidad y presión que, en comparación con su expansión, duran demasiado poco para que entre o salga calor apreciable. Debido a las fluctuaciones de temperatura asociadas, la fórmula anterior solo se aplica en el caso límite de pequeñas amplitudes, por lo que la temperatura promedio debe usarse para $ T $. De hecho, con grandes amplitudes, por ejemplo, & # 160B. Después de una detonación, los efectos no lineales se notan en el sentido de que las crestas de las ondas (frentes de ondas con densidad máxima) corren más rápido que los valles de las ondas, lo que conduce a formas de onda más pronunciadas y la formación de ondas de choque.

Efectos cuánticos

Dado que la velocidad del sonido era relativamente fácil de medir con precisión con el tubo de Kundt por un lado y está directamente relacionada con una cantidad física atómica, el número de grados de libertad, por otro lado, condujo al descubrimiento temprano de efectos importantes que sólo podría explicarse con la mecánica cuántica.

Átomos como puntos de masa

El primer gas identificado como monoatómico por métodos químicos, vapor de mercurio a alta temperatura, también mostró el valor $ kappa mathord = 1 <,> 667 $, es decir, $ f mathord = 3 $ por primera vez en 1875. Según la teoría cinética de los gases, este valor se reserva para un gas con puntos de masa ideales. A partir de 1895, se hicieron los mismos hallazgos con los gases nobles argón, neón, etc. Por un lado, esto apoyó al primero Hipótesis atómica, según el cual toda la materia está formada por esferas diminutas, por otro lado planteó la pregunta de por qué estas esferas, como cualquier cuerpo rígido, no tienen tres grados más de libertad para los movimientos de rotación. La explicación de la mecánica cuántica encontrada a fines de la década de 1920 dice que para los movimientos rotatorios se deben ocupar niveles de energía excitados, cuya energía es tan alta que la energía cinética de las partículas de gas en colisión no es de ninguna manera suficiente. & # 912 & # 93: p.8 Esto también se aplica a la rotación de una molécula diatómica alrededor de la línea de conexión de los átomos y, por lo tanto, explica por qué no hay tres sino solo dos grados de libertad para la rotación.

Congelando la rotación

En 1912 se descubrió una marcada dependencia de la temperatura del coeficiente adiabático para el hidrógeno: cuando se enfría desde la temperatura normal (T aprox. 300 K) a 100 K, $ kappa $ aumenta constantemente de 1,40 a 1,667, es decir, & # 160h. desde el valor de una mancuerna hasta el valor de un punto de masa. Se dice que la rotación se “congela”, a 100K toda la molécula se comporta como un punto de masa. La justificación de la mecánica cuántica se deriva de la explicación anterior para átomos individuales: a 100 K, la energía de colisión de las moléculas de gas prácticamente nunca es suficiente para excitar un nivel de energía con un momento angular más alto, a 300 K es prácticamente siempre. & # 912 & # 93: p.272 El efecto no se puede observar claramente con otros gases porque ya están licuados en el rango de temperatura respectivo. Sin embargo, esto explica por qué los gases reales del coeficiente de Abdiabaten medidos difieren de la fórmula simple $ kappa mathord = tfrac $ generalmente difieren un poco.


Descripción Velocidad del sonido en diferentes medios

Velocidad de definición del sonido

¿Cuál es la velocidad del sonido?

a sonido se trata de fluctuaciones de presión, que ondulado propagar. Por eso se habla de Ondas sonoras. los Velocidad del sonido es la velocidad con la que se propagan estas fluctuaciones de presión. Por lo tanto, determina cuánto tiempo tarda un sonido de una fuente de sonido en llegar a usted.

¿Cuál es la velocidad del sonido?

¿Cuál es la velocidad del sonido a diferentes temperaturas?

El tamaño Velocidad del sonido no siempre es el mismo en todas partes, sino que depende de varios otros factores influyentes. Uno de esos factores es que temperatura: Si se calienta un medio, por ejemplo aire, las partículas de aire individuales se mueven más rápido. Luego, puede transmitir la vibración del sonido a otras partículas más rápidamente y la velocidad del sonido aumenta. La relación general entre la velocidad del sonido y la temperatura del aire es: cuanto mayor es la temperatura, más rápido es el sonido. Es por eso que la velocidad del sonido en el aire siempre se da junto con una temperatura. A $ 20 text <° C> $, la velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente $ 343

frac < texto> < texto> $. La siguiente tabla enumera la velocidad del sonido en el aire para varias temperaturas:

Temperatura en ° C Velocidad del sonido en el aire 1 m / s Velocidad del sonido en el aire km / h
50 361 1300
30 349 1256
20 343 1235
0 332 1195
-20 319 1148
-30 313 1127
-50 300 1080

Además de las ondas de presión de las explosiones, algunos objetos artificiales pueden moverse más rápido que la velocidad del sonido, como los aviones, por ejemplo. los Concorde, un avión de pasajeros franco-británico, alcanzó los $ 2405 ya en 1962

frac < texto> < texto> $ ¡más del doble de la velocidad del sonido!

¿Qué tan rápida es la velocidad del sonido en diferentes materiales?

Otro factor de influencia en Sólidos es el elasticidad del medio. El sonido se propaga de manera algo diferente en los sólidos que en el aire, por ejemplo, porque las partículas no pueden moverse completamente libremente. Podemos entender esto fácilmente si imaginamos la interacción de las partículas como en la siguiente imagen.

Las partículas están representadas aquí por esferas que están conectadas por resortes helicoidales. En este modelo, una onda de sonido sería una desviación de las esferas, lo que conduce a un alargamiento y compresión de los resortes. Al principio, una fuerza actúa sobre la bola más externa (4), comprimiendo el resorte entre las bolas (3) y (4). El resorte comprimido quiere expandirse nuevamente a su longitud original y acelera la bola (4) hacia la derecha y la bola (3) hacia la izquierda, que a su vez comprime el resorte entre (2) y (3). Así es como ella deambula Onda de sonido de derecha a izquierda.
Cuanto mayor sea la elasticidad de los resortes helicoidales, mayor será la velocidad del sonido. Es por eso que la velocidad del sonido es mayor en materiales con mayor elasticidad. En general, la velocidad del sonido en sólidos y líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe a que las partículas están más fuertemente acopladas allí, es decir, la interacción es mayor.

En los gases en particular, la velocidad del sonido también depende de la Masa de las partículas lejos. Cuanto más ligeras son las partículas, menos energía se requiere para ponerlas en movimiento. Esto permite que la onda de sonido se propague más rápido. Un ejemplo muy conocido es la comparación entre aire y helio. El aire está compuesto principalmente de nitrógeno y oxígeno, los cuales tienen aproximadamente 3,5 veces la masa del helio. Por lo tanto, la velocidad del sonido a $ 20 text <° C> $ en helio es aproximadamente tres veces más rápida que en el aire. La velocidad más alta también conduce a la voz chillona y muy aguda que proviene de la inhalación de helio.

Velocidad del sonido - ejemplos

La siguiente tabla ofrece ejemplos de velocidades del sonido en diferentes medios:

medio Velocidad del sonido en m / sa 20 ° C Velocidad del sonido en km / ha 20 ° C
Velocidad del aire sonoro 1 343 1235
Velocidad del helio de sonido 1 981 3532
Velocidad del agua sonora 1 1484 5342
Velocidad del hierro de sonido 1 5170 18612
Velocidad del sonido acero 2 5850 21060
Velocidad del cristal de sonido 3 4000 hasta 5500 14400 hasta 19800

Aquí puede ver rápidamente que el sonido viaja mucho más rápido en materiales sólidos, como el hierro, que en el aire.

Velocidad del sonido - tormenta

Hay un buen ejemplo cotidiano en el que puede utilizar su conocimiento de la velocidad del sonido en el aire. Cuando se acerca una tormenta, es bueno saber qué tan lejos está. Si destella lejos, verá el destello inmediatamente porque la luz viaja extremadamente rápido. En el aire, sin embargo, el sonido tarda mucho en llegar a usted porque solo viaja alrededor de 343 metros por segundo. Entonces, si cuentas los segundos entre un rayo y un trueno, puedes calcular la distancia usando la velocidad del sonido. Puede dividir aproximadamente los segundos entre tres para obtener la distancia aproximada en kilómetros.

Velocidad de vacío de sonido

Quizás haya visto una película de ciencia ficción ambientada en el espacio y se haya preguntado: "¿Cuál es la velocidad del sonido en el vacío?" La respuesta es simple: no hay sonido en el vacío, por lo que tampoco hay velocidad de sonido. Ya aprendiste hoy que las ondas sonoras son fluctuaciones de presión que se propagan en un medio. Pero no hay partículas en el vacío, por eso no puede haber ondas sonoras y no se puede medir la velocidad del sonido en el espacio. Entonces, si pudieras sobrevivir en el espacio sin un casco, no escucharías nada. Wenn du also das nächste mal einen Science-Fiction Film siehst, in dem es im Weltall bei Explosionen laut knallt, kannst du deinen Eltern sagen, dass das in Wahrheit gar nicht sein kann.

Quellenverzeichnis

1 Lide, David R., ed. CRC handbook of chemistry and physics. Vol. 85. CRC press, 2004.

2 Joseph L. Rose: Ultrasonic Waves in Solid Media. Cambridge University Press, 2004, ISBN 978-0-521-54889-2

3 Friesecke, Andreas. Die Audio-Enzyklopädie: Ein Nachschlagewerk für Tontechniker. Walter de Gruyter, 2011.

Transkript Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Medien

Die Schallgeschwindigkeit wird oft mit 343 Metern pro Sekunde angegeben, aber das gilt nur unter der Bedingung, dass sich der Schall in 20 Grad Celsius warmer Luft fortbewegt. Unter anderen Bedingungen kann die Schallgeschwindigkeit sehr unterschiedlich sein. In Wasser ist Schall über viermal schneller als in Luft. Schallwellen sind Druckschwankungen, die sich wellenförmig in einem Medium ausbreiten. Der Schall in einem Medium kann nur so schnell sein wie die Übertragung der Schwingung eines Teilchens zum nächsten. Aber was ist die Folge? Die Schallgeschwindigkeit steigt mit der Temperatur. Wenn Moleküle erwärmt werden, bewegen sie sich schneller. Das ermöglicht ihnen eine schnellere Weitergabe der Schallschwingungen. Stellen wir uns die Wechselwirkung der Teilchen einfach mal als regelmäßig angeordnete Kugeln vor, die untereinander mit Schraubenfedern verbunden sind. Dann ist die Anziehung der Teilchen umso stärker, je elastischer das Medium ist. Wenn wir nun eine Schallwelle durch unser Modell wandern lassen, werden die Schraubenfedern gestreckt und gestaucht. Je elastischer das Material ist, desto schneller wird die Schwingung weitergeleitet und desto schneller wandert auch die Welle. Die Beschaffenheit des Mediums kann also die Geschwindigkeit stark beeinflussen. Im Allgemeinen pflanzt sich Schall in Festkörpern schneller fort, weil dort die Wechselwirkung zwischen den Teilchen am größten ist. Danach folgen die Flüssigkeiten und erst dann die Gase, weil sie die geringsten Wechselwirkungen aufweisen. In Medien unterschiedlicher Dichte, aber mit gleicher Teilchenanordnung, bewegt sich der Schall im weniger dichten Medium schneller, weil die Masse der einzelnen Moleküle dort kleiner ist. Um die leichteren Moleküle zu bewegen, wird weniger Energie benötigt, sodass sich der Schall schneller ausbreiten kann. Heliumatome haben eine geringere Masse als Luftmoleküle, daher ist der Schall in Helium dreimal schneller als in Luft. Die Schallgeschwindigkeit hängt also von sehr vielen Faktoren ab. Darum ist es unmöglich, von einer allgemein gültigen Schallgeschwindigkeit zu sprechen.


Berechner für Schallgeschwindigkeit und Machzahl

Hierbei ist R die universelle Gaskonstante, T ist die Temperatur und M die molare Masse des Gases. Bitte beachten Sie, dass sich die Wärmekapazität von Gasen mit Erhöhung der Temperatur auf Grund von Schwingungsanregung ändert. Damit ändert sich auch &gamma = cP/cV. Die vorgegebenen Werte für &gamma gelten für den Bereich der Zimmertemperatur. Die Berechnungen gelten auch nur unter solchen Bedingungen, unter denen das Medium als annähernd ideales Gas vorliegt.
Im Fall von Luft sind &gamma und die Molmasse für trockene Luft angegeben.
Die Machzahl ist definiert als das Verhältnis der Geschwindigkeit eines sich in einem Gas bewegenden Objekts (z.B. eines Flugzeugs) zu der Schallgeschwindigkeit in diesem Gas.

Benutzung: Wählen Sie zunächst das Gas aus, für das Sie die Schallgeschwindigkeit berechnen wollen. Für einige Gase ist bereits die Molmasse und &gamma = cP/cV, das Verhältnis der Wärmekapazitäten, angegeben. Sie können aber auch "?" wählen und eigene Werte für die Molmasse und &gamma eingeben.
Anschließend tragen Sie entweder eine Temperatur oder eine Schallgeschwindigkeit in das Feld, hinter dem die passende Einheit steht, ein. Klicken Sie auf ein beliebiges freies Feld des Fensters oder den oberen "rechnen"-Button. Lesen Sie das gewünschte Resultat ab. Um ihre Rechnung zu löschen, drücken Sie den "löschen" Knopf.
Haben Sie die Schallgeschwindigkeit berechnet, können Sie die Machzahl eines sich bewegenden Objekts oder bei bekannter Machzahl seine Geschwindigkeit berechnen. Tragen Sie hierzu im unteren Teil den Wert der Objektgeschwindigkeit bzw. die Machzahl in das entsprechende Feld ein, hinter dem die passende Einheit steht. Klicken Sie auf ein beliebiges freies Feld des Fensters oder den unteren "rechnen"-Button. Lesen Sie das gewünschte Resultat ab.
Bewegen Sie die Maus über die Einheit oder klicken Sie darauf, um den vollständigen Namen zu lesen.

Beispiel: Sie wollen berechnen, welche Geschwingigkeit ein Flugzeug hat, das mit Mach 1.5 durch Luft bei 0°C fliegt. Die Molmasse und &gamma für trockene Luft sollten bereits ausgewählt sein. Tippen Sie "0" in das Feld, hinter dem "°C" steht. Klicken Sie auf eine beliebige freie Stelle des Fensters oder den oberen "rechnen" Button. Die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft bei dieser Temperatur beträgt 331.69 m/s. Tippen Sie jetzt "1.5" in das Feld für die Machzahl und klicken Sie auf eine beliebige freie Stelle des Fensters oder den unteren "rechnen"-Button. Lesen Sie das Resultat in den Feldern für die Objektgeschwindigkeit ab (z.B 1791.1 km/h).

Ähnliche Umrechner
Geschwindigkeit Verschiedene Maßeinheiten der Geschwindigkeit
Standardatmosphäre Werte der US-Standardatmosphäre

Bemerkungen:
- Dezimalzeichen ist, bedingt durch Javascript, der Punkt (".").
- Große und kleine Zahlen werden in exponentieller Schreibweise angegeben. Es gilt zum Beispiel 2.3e5 = 2.3&sdot10 5 = 230000 oder 4.5e-5 = 4.5&sdot10 -5 = 0.000045.
- Die Umrechnung erfolgt ohne Gewähr. Cactus2000 übernimmt keine Haftung für Schäden, die durch eine fehlerhafte Umrechnung auftreten.
- Der Autor ist für Verbesserungsvorschläge zu diesen Seiten dankbar. Weitere Umrechnungen werden gerne aufgenommen.


Schallgeschwindigkeit

Mit zwei Smartphones kannst du zusammen mit einer zweiten Person im Unterricht oder zu Hause die Schallgeschwindigkeit messen. Die App auf den beiden Smartphones bestimmt dabei die Zeitspanne, die der Schall benötigt, um eine vorgegebenen Strecke zu durchlaufen.

Notwendiges Vorwissen

Um dieses Experiment zur Messung der Schallgeschwindigkeit verstehen zu können solltest du .

Hinweis: Informationen hierzu findest du über die Linkliste am Ende des Artikels.

Benötigte Materialien

Aufbau und Durchführung

In dem folgenden Video stellt dir Sebastian vom phyphox-Team die wichtigsten Schritte zum Aufbau und zur Durchführung des Experiments vor.

Aufnahme der Messwerte mit phyphox

Die "Akustische Stoppuhr" von phyphox startet und stoppt den Timer des Smartphones, wenn über das eigebaute Mikrofon Geräusche empfangen werden, die lauter als eine zuvor eingestellte Schwelle sind. Damit ein etwas längeres Geräusch den Timer nicht direkt nach dem Start wieder stoppt, kann man ein Mindestverzögerung angeben. Während dieser Zeit nach dem Start wird ein zweites Geräusch nicht als Stoppsignal gedeutet. Im Reiter "EINFACH" kannst du diese Einstellungen vornehmen und die gemessene Zeitspanne zwischen den beiden Geräuschen ablesen.

Hilfen zur Durchführung

Die Messung wird um so genauer, je größer die Strecke ist, die der Schall durchlaufen muss. Damit das Klatschen über eine große Entfernung die Stoppuhr des zweiten Smartphones exakt starten und stoppen kann, muss es also möglichst ruhig sein.

Aufgabe

Entwickle mit Hilfe des Diagramms eine Formel zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit (v) aus den messbaren Größen.

Über phyphox

Die App phyphox wird von der RWTH Aachen entwickelt und steht allen Interessierten kostenlos zur Verfügung. phyphox ermöglicht es dir, mit den Sensoren deines Smartphones zu experimentieren, Messwerte aufzunehmen und auszuwerten.


Schall ist eine mechanische Welle

Schall wird durch mechanische Schwingungen von Körpern hervorgerufen. Schwingen können z. B. eine Stimmgabel, die Saiten einer Gitarre, die Luftsäule in einer Orgelpfeife, die Stimmbänder beim Menschen oder die Membran eines Tamburins.
So wird beispielsweise beim Schlag auf ein Tamburin (Bild 2) die Membran verformt und die umgebende Luft dadurch zusammengedrückt. Die Luft verdichtet sich an dieser Stelle der Druck wird größer. Da Luft elastisch ist, dehnt sie sich dann wieder aus, was zu einer Verdichtung an einer benachbarten Stelle führt. Es entsteht eine Druckwelle, die sich im Raum ausbreitet. Das kann man auch mit dem Teilchenmodell deuten: Die Luftteilchen werden durch das Anschlagen der Membran zu Schwingungen angeregt.
Sie schwingen somit hin und her. Dabei bilden sich Bereiche mit größerer Teilchenanzahl (größerem Druck) und Bereiche mit kleinerer Teilchenanzahl (kleinerem Druck).

Allgemein gilt:
Schallwellen sind die Ausbreitung von Druckschwankungen im Raum.

Da die Ausbreitungsrichtung und die Schwingungsrichtung der Teilchen übereinstimmen, handelt es sich bei Schallwellen um Longitudinalwellen (Längswellen).
Das menschliche Ohr ist in der Lage, Druckschwankungen von
etwa 0,000 02 Pa (Hörschwelle) bis etwa 20 Pa (Schmerzschwelle) wahrzunehmen.


Versuchsprotokoll Schallgeschwindigkeit

Schall ist ein Sammelbegriff für mechanische Schwingungen und Wellen in elastisch verformbaren Medien. Man kann hierbei unterscheiden zwischen Luftschall (Schallwellen in Gasen), Flüssigkeitsschall (Schallwellen in Flüssigkeiten) und Körperschall (Schallwellen in Festkörpern). Schallwellen können als Longitudinal- oder Transversalwellen auftreten.

In Flüssigkeiten und Gasen treten Schallwellen nur longitudinal auf, d.h. die Ausbreitungsrichtung der Wellen entspricht der Schwingungsrichtung des Erzeugers. In Festkörpern können auch Transversalwellen auftreten, d.h. die Ausbreitungsrichtung liegt senkrecht zur Schwingungsrichtung des Erzeugers.

Im folgenden Versuch soll nun die Schallgeschwindigkeit ermittelt werden einmal in Luft, und einmal in verschiedenen Festkörpern. Die Schallwelle breitet sich durch Dichteschwankungen aufgrund des Schalldruckes innerhalb des Mediums aus. Die Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Medien ist unter anderem abhängig von der Dichte. Je höher die Dichte desto höher die Schallgeschwindigkeit, also ist als Versuchsergebnis zu erwarten, dass die ermittelten Werte für c in Aluminium, Kupfer und Messing deutlich über dem Wert von c in Luft liegt. Der Geschwindigkeitsverlauf von Schall in Luft verhält sich in bestimmten Temperaturbereichen (-20°C – 40°C) annähernd linear.

In Versuchsteil A soll die Schallgeschwindigkeit in Luft gemessen werden. Ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 40,32kHz wird von einer Schallquelle ausgesandt und von einem Empfänger aufgenommen. Sowohl das Ausgangssignal als auch das Eingangssignal werden auf einem Speicheroszilloskop dargestellt.

Als Sende- und Empfangseinheit werden piezoelektrische Wandler verwendet. Das Prinzip eines Piezowandlers liegt in der Änderung des Kristallgitters. Durch die Verschiebung der Moleküle zueinander entstehen an der Oberfläche elektrische Spannungen, die für die Messungen verwendet werden können. Umgekehrt verändert sich die Lage der Moleküle zueinander, wenn eine elektrische Spannung anliegt.

In Versuchsteil B soll die Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen (metallischen) Medien gemessen werden. Hierzu werden ca 130 cm lange Metallstäbe über einem Piezoempfänger so eingespannt, das jeweils ein Ende den Empfänger gerade berührt. Das Signal wird durch einen Schlag auf das obere Stabende erzeugt. Das Signal wird an den Stabende mehrfach reflektiert. Zum Aufzeichnen der Mehrfachreflektionen wird eine DSO im ‚Single-Shot-Modus’ verwendet.

Versuchsteil A: An dem Sender wird ein Rechtecksignal von 40kHz eingestellt. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger wird so gewählt, dass keine Phasenverschiebung zwischen dem Referenzsignal des Senders und dem Eingangssignal des Empfängers auf dem DSO zu sehen ist. Für die Messung wird der Abstand zwischen Sender und Empfänger verändert d.h. der Abstand wird so verändert, dass auf dem DSO jeweils Phasenverschiebungen um ganze Perioden zu sehen sind. Zur Auswertungen werden die Abstandsdifferenzen und die jeweiligen Zeitdifferenzen in einer Tabelle aufgenommen. Die für die spätere Auswertung ebenfalls relevante Umgebungstemperatur wird mit einem Thermometer erfasst.

Versuchsteil B: Zu Beginn des Versuches werden die jeweiligen Längen der Stäbe erfasst. Für eine geeignete Messung werden jeweils 8-10 Pulse aufgenommen. Zur Ermittlung der Schwingungsdauer T wird die Gesamtzeit der aufgezeichneten Schwingungen ermittelt und durch deren Anzahl dividiert.


Schallgeschwindigkeit - Chemie und Physik

Schallgeschwindigkeit vs Höhe und Temperatur?
Vergiss die Höhe und kümmere dich nur um die Temperatur.

Umrechnung: Luft-Temperatur in Schallgeschwindigkeit

Einfach den Wert links oder rechts eingeben.
Der Rechner arbeitet in beide Richtungen des Zeichens.

Die Schallgeschwindigkeit c ist von der Temperatur der Luft &thetasym abhängig und nicht vom Luftdruck p !
Die Luftfeuchtigkeit hat geringe vernachlässigbare Auswirkung auf die Schallgeschwindigkeit.
Merke: Der Luftdruck und die Luftdichte sind bei gleicher Temperatur zueinander proportional.
Immer ist das Verhältnis p_ / ρ = konstant. Rho ist die Dichte ρ und p_ ist der statische
Luftdruck. Damit geht der Luftdruck nicht in die Berechnung der Schallgeschwindigkeit von Luft ein.
 
 
Merke: Die Schallgeschwindigkeit ist auf einer Bergspitze sowie
auf Meereshöhe (Meeresspiegel) genau gleich, vorausgesetzt
wir haben die gleiche Lufttemperatur. 

 
Anzunehmen ist, dass dieses selbst in 100 km Höhe zutrifft.
Mit abnehmendem Luftdruck nimmt auch die Dichte der Luft ab.

 

Bei welcher Temperatur hat die Schallgeschwindigkeit den doppelten Wert von 0°C?

Bei welcher Temperatur wird die Schallgeschwindigkeit c = 331.5 m/s verdoppelt?
Eine Temperatur von 819.45°C verdoppelt die Schallgeschwindigkeit auf 663 m/s.
 
Siehe die folgende häufige Frage : "Wie groß ist die Schallgeschwindigkeit?"
 
Die Schallgeschwindigkeit, die Temperatur . und nicht der Luftdruck
 
Dichte der Luft (Luftdichte) ρ = Luftdruck p_ (Gaskonstante R × Temperatur in Kelvin)
ρ = p_ / R × T in kg/m 3 .
 
Die spezifische Gaskonstante für trockene Luft ist R = 287,058 J/kg · K
Joule J = Newton · Meter = N·m und T in Kelvin = °C + 273,15
Atmosphärischer Druck (Luftdruck) p 0 = 101325 Pa = 1013,25 mbar = 1013,25 hPa
R = 287,058 J/kg · K
T 0 = 273,15 K bei 0 °C
ρ0 = 101325 / (287,058 · 273,15) = 1,2922 kg/m³
T 20 = 293,15 K bei 20 °C
ρ20 = 101325 / (287,058 · 293,15) = 1,2041 kg/m³
 
Bisweilen wird falsch angenommen, dass der Luftdruck und die Luftdichte das Gleiche seien.
 
 
 Die Schallgeschwindigkeit wird Mach 1 genannt.
Mach wird verwendet, um die Geschwindigkeit für Objekte, wie Flugzeuge oder Raketen anzugeben,
wenn diese mit der Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit oder ein Vielfaches davon fliegen.
Die Geschwindigkeit h her als Mach 1 hei t berschallgeschwindigkeit.
 
 
Mach-Zahl unter 1 bedeutet, dass die Strömungsgeschwindigkeit geringer als die Schallgeschwindigkeit ist.
Diese Geschwindigkeit wird Unterschall genannt. Mach-Zahl = 1 bedeutet, dass die Strömungsgeschwindigkeit
gleich der Schallgeschwindigkeit ist und die Geschwindigkeit "transonic" genannt wird. Mach-Zahl über 1
bedeutet, dass die Strömungsgeschwindigkeit höher als die Schallgeschwindigkeit ist und die Geschwindigkeit
wird Überschallgeschwindigkeit genannt. Mehr als Mach-Zahl 5 heißt Hyperschall. Die Mach-"Zahl" ist ein
dimensionsloses Verhältnis.
 
 
Merke: Die Schallgeschwindigkeit c ist unabhängig von der Frequenz und
der Amplitude der Schallwelle und vom Luftdruck. Die Schallgeschwindigkeit
ist jedoch abh ngig von der Temperatur. 

 
Bei einer Temperatur von 819.45°C haben wir eine Schallgeschwindigkeit
von 663 m/s. Das ist die doppelte Schallgeschwindigkeit, die wir bei 0°C
mit 331.5 m/s haben.

 
 

Tabelle: Die deutliche Wirkung der Temperatur
Die Luftdichte, die Schallgeschwindigkeit und die Charakteristische
Akustische Impedanz in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft

Temperatur
der Luft &thetasym in °C
Schallgeschwindigkeit
c in m/s
Zeit pro 1 m
&Delta t in ms/m
Luftdichte
&rho in kg/m 3
Schallkennimpedanz
von Luft Z in Ns/m 3
+40 354,94 2,817 1,1272 400,0
+35 352,17 2,840 1,1455 403,4
+30 349,29 2,864 1,1644 406,7
+25 346,39 2,888 1,1839 410,0
+20 343,46 2,912 1,2041 413,6
+15 340,51 2,937 1,2250 417,1
+10 337,54 2,963 1,2466 420,8
 +5 334,53 2,990 1,2690 424,5
  ـ 331,50 3,017 1,2920 428,3
 &minus5 328,44 3,044 1,3163 432,3
&minus10 325,35 3,073 1,3413 436,4
&minus15 322,23 3,103 1,3673 440,6
&minus20 319,09 3,134 1,3943 444,9
&minus25 315,91 3,165 1,4224 449,4

Zu beachten: Luftdruck p und Luftdichte &rho sind nicht das gleiche.
 
Nur wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur sinkt auch die Schallgeschwindigkeit.
 
In Gasen, ist die Tonhöhe umso höher, je höher die Schallgeschwindigkeit im Medium ist.


Video: Coldplay - Speed Of Sound Official Video (Mayo 2022).