1. สูตรทั่วไปสำหรับความเร็วเสียงในตัวกลางต่างๆ
- v = ความเร็วเสียง (เมตรต่อวินาที, m/s)
- K = โมดูลัสความยืดหยุ่น bulk (Bulk Modulus) ของตัวกลาง (Pa หรือ N/m²)
- ρ = ความหนาแน่น (Density) ของตัวกลาง (kg/m³)
2. ความเร็วเสียงในก๊าซ (เช่น อากาศ)
- γ = อัตราส่วนความร้อนจำเพาะ (Cp/CvCp/Cv) → ~1.4 สำหรับอากาศ
- P = ความดันก๊าซ (Pa)
- R = ค่าคงที่ก๊าซสากล (8.314 J/mol·K)
- T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (เคลวิน, K)
- M = มวลโมเลกุลของก๊าซ (kg/mol) → ~0.029 kg/mol สำหรับอากาศ
สูตรประมาณในอากาศที่อุณหภูมิ T °C:
ตัวอย่าง: ที่อุณหภูมิ 20°C →
3. ความเร็วเสียงในของเหลว
- K = Bulk Modulus ของของเหลว
ตัวอย่าง: ในน้ำที่ 20°C →
4. ความเร็วเสียงในของแข็ง
- E = โมดูลัสยัง (Young’s Modulus) ของวัสดุ
- ρ = ความหนาแน่นของวัสดุ
ตัวอย่าง: ในเหล็ก
ปัจจัยที่ความเร็วเสียง
- อุณหภูมิ: ในก๊าซ ความเร็วเสียงเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
- ความหนาแน่น: ตัวกลางหนาแน่นมากมักทำให้เสียงเดินทางเร็วขึ้น (ในของแข็ง > ของเหลว > ก๊าซ)
- ความยืดหยุ่นของวัสดุ: วัสดุที่มีความแข็งแกร่ง (เช่น เหล็ก) ยอมให้เสียงเดินทางเร็วขึ้น
ตารางเปรียบเทียบความเร็วเสียงในตัวกลางต่างๆ
ตัวกลาง | อุณหภูมิ (°C) | ความเร็วเสียง (m/s) |
---|---|---|
อากาศ | 0 | 331 |
อากาศ | 20 | 343 |
น้ำ | 20 | 1480 |
น้ำทะเล | 25 | 1530 |
เหล็ก | 20 | 5050 |
แก้ว | 20 | 4540 |
การประยุกต์ใช้
- การออกแบบระบบโซนาร์: ใช้ความเร็วเสียงในน้ำคำนวณระยะทาง
- อุตสาหกรรมก่อสร้าง: เลือกวัสดุกันเสียงโดยพิจารณาจากความเร็วเสียงในวัสดุ
- ตรวจสอบข้อบกพร่องในโลหะ: ใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (Ultrasonic Testing)
หากต้องการคำนวณสำหรับวัสดุเฉพาะหรือสภาวะอื่นๆ สามารถแทนค่าในสมการข้างต้นได้เลย!