18/10/10
suono
La velocità del suono
La velocità del suono è la velocità con cui un suono si propaga in un certo ambiente, detto mezzo. La velocità del suono varia a seconda del mezzo (ad esempio, il suono si propaga più velocemente nell'acqua che non nell'aria), e varia anche al variare delle proprietà del mezzo, specialmente con la sua temperatura
Nell'aria, la velocità del suono è di 331,5 m/s a 0 °C (pari a 1.193,4 km/h) e di 343 m/s a 20 °C (e in generale varia secondo la relazione a = 331,4 + 0,62 t [misurata in °C]).
Il suono si propaga in modi diversi a seconda che sia in un solido, in cui tutti gli atomi sono collegati solidamente fra loro, oppure in un fluido (liquido o gas), che invece è incoerente. Nei fluidi, la velocità del suono segna il confine tra due regimi di moto completamente diversi, per l'appunto detti regime subsonico e regime supersonico.
Questa grandezza è molto importante, perché è anche la velocità con cui si propagano l'energia cinetica e le sollecitazioni meccaniche in una determinata sostanza.
Il suono nei solidi
Il suono nei solidi si può propagare in due modi diversi: tramite onde longitudinali in cui il solido viene sollecitato con sforzi di compressione, e onde trasversali in cui la sostanza è sottoposta a sollecitazioni di taglio.
Per un'onda longitudinale, la velocità è data da
Per le onde trasversali la formula è analoga
Il modulo di Young è sempre superiore a quello di rigidità, quindi le onde longitudinali sono sempre le più veloci; se il mezzo è limitato come nel caso di una sbarra o altro oggetto di piccole dimensioni sono anche le uniche ad essere eccitate. Perciò quando si parla di velocità del suono nel mezzo ci si riferisce correntemente a al, trascurando la propagazione trasversale.
In mezzi materiali molto estesi invece i due modi di propagazione coesistono e devono essere considerati entrambi: per esempio nei terremoti il moto del terreno è la risultante sia delle onde P (longitudinali) che delle onde S (trasversali).
Esempi della velocità del suono a diverse temperature
La tabella seguente fornisce un quadro della variazione della velocità del suono nell'aria al variare della temperatura (γ = 1.4).
Influenza della temperatura dell'aria sulla velocità del suono | |||
T in °C | Z in N·s/m³ | ||
−10 | 325,4 | 1 341 | 436,5 |
−5 | 328,5 | 1 316 | 432,4 |
0 | 331,5 | 1 293 | 428,3 |
+5 | 334,5 | 1 269 | 424,5 |
+10 | 337,5 | 1 247 | 420,7 |
+15 | 340,5 | 1 225 | 417,0 |
+20 | 343,4 | 1 204 | 413,5 |
+25 | 346,3 | 1 184 | 410,0 |
+30 | 349,2 | 1 164 | 406,6 |
Esempi della velocità del suono in diversi materiali
La seguente tabella dà qualche esempio per alcuni materiali alla temperatura di 20 °C e una atmosfera.
Materiali | Velocità del suono [m/s] |
343 | |
1 480 | |
3 200 | |
5 300 | |
5 200 | |
1 200 | |
4 950 | |
PVC (morbido) | 80 |
PVC (duro) | 1 700 |
3 100 | |
3 300 | |
6 200 | |
7 700 | |
Sabbia (asciutta) | 10-300 |
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