كل ما تريد معرفته عن سرعة الصوت

سرعة الصوت (بالإنجليزية: Speed of sound)، هي المسافة التي تقطعها الموجة الصوتية خلال وحدة زمنية أثناء انتشارها عبر وسط مرن. وبصورة أبسط، فهي تمثل سرعة انتقال الاهتزازات. تبلغ سرعة الصوت في الهواء عند درجة حرارة 20 °م (68 °ف) نحو 343 متراً في الثانية (1,125 قدماً/ثانية، أو 1,235 كم/ساعة، أو 767 ميلاً في الساعة، أو 667 عقدة)، أي ما يعادل قطع كيلومتر واحد خلال 2.92 ثانية، أو ميل واحد خلال 4.69 ثانية. وتعتمد سرعة الصوت بدرجة كبيرة على درجة الحرارة ونوع الوسط الذي تنتقل خلاله الموجة الصوتية. وعند درجة حرارة 0 °م (32 °ف)، تبلغ سرعة الصوت في الهواء الجاف عند مستوى سطح البحر وضغط 14.7 رطلاً لكل بوصة مربعة نحو 331 متراً في الثانية (1,086 قدماً/ثانية، أو 1,192 كم/ساعة، أو 740 ميلاً في الساعة، أو 643 عقدة).

وتعتمد سرعة الصوت في الغاز المثالي على درجة حرارته وتركيبه فقط، بينما يكون اعتمادها على التردد والضغط في الهواء الجاف محدوداً، إذ تنحرف بصورة طفيفة عن السلوك المثالي.

وفي الاستخدام العام، يشير مصطلح سرعة الصوت عادةً إلى سرعة انتقال الموجات الصوتية في الهواء. إلا أن سرعة الصوت تختلف من مادة إلى أخرى؛ فالصوت ينتقل بأبطأ سرعة في الغازات، وبسرعة أكبر في السوائل، وبأعلى سرعة في المواد الصلبة. فعلى سبيل المثال، بينما تبلغ سرعة الصوت في الهواء 343 متراً في الثانية، فإنها تصل في الماء العذب عند 20 °م (68 °ف) إلى 1481 متراً في الثانية — أي أسرع بنحو 4.3 مرات — وتبلغ في الحديد نحو 5120 متراً في الثانية، أي أسرع بنحو 15 مرة. أما في المواد شديدة الصلابة مثل الألماس، فتصل سرعة الصوت إلى نحو 12,000 متر في الثانية (39,000 قدم/ثانية)، أي ما يقارب 35 ضعف سرعتها في الهواء، وتُعد هذه تقريباً أعلى سرعة يمكن أن ينتقل بها الصوت في الظروف العادية.

ومن الناحية النظرية، فإن سرعة الصوت تمثل في الواقع سرعة انتقال الاهتزازات. تتكون الموجات الصوتية في المواد الصلبة من موجات انضغاطية — كما هو الحال في الغازات والسوائل — إضافة إلى نوع آخر يُعرف باسم موجات القص، وهي موجات لا تنتقل إلا في المواد الصلبة. وعادةً ما تختلف سرعة موجات القص عن سرعة الموجات الانضغاطية، كما يتضح في علم الزلازل. تتحدد سرعة الموجات الانضغاطية في المواد الصلبة وفق قابلية المادة للانضغاط، ومعامل القص، والكثافة، بينما تعتمد سرعة موجات القص على معامل القص وكثافة المادة فقط.

وفي ديناميكا الموائع والغازات، تُستخدم سرعة الصوت في الوسط الغازي أو السائل مرجعاً لقياس سرعة جسم يتحرك خلال هذا الوسط. وتُعرف النسبة بين سرعة الجسم وسرعة الصوت في الوسط نفسه باسم رقم ماخ. ويُقال عن الأجسام التي تتحرك بسرعة تتجاوز سرعة الصوت (ماخ 1) إنها تتحرك بسرعات فوق صوتية.

العلاقة التي تربط بين سرعة الصوت والتردد







f





{\displaystyle f}



وطول الموجة







λ







{\displaystyle \lambda \,}



هي:









v

=

λ



f





{\displaystyle v=\lambda \;f}



.