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

Filmato di un F-14 Tomcat che supera la barriera del suono

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

dove E rappresenta il modulo di Young del materiale considerato e ρ la sua densità.

Per le onde trasversali la formula è analoga

dove il modulo di Young viene sostituito da G, il modulo di rigidità (o modulo di scorrimento).

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 a_l, 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	a in m/s	ρ in kg/m³	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]
Aria	343
Acqua	1 480
Ghiaccio	3 200
Vetro	5 300
Acciaio	5 200
Piombo	1 200
Titanio	4 950
PVC (morbido)	80
PVC (duro)	1 700
Calcestruzzo	3 100
Faggio	3 300
Granito	6 200
Peridotite	7 700
Sabbia (asciutta)	10-300