العوامل المؤثرة على سرعة الصوت

سرعة الصوت (بالإنجليزية: speed of sound) تشير إلى سرعة انتقال الموجات الصوتية عبر مختلف المواد. في المجال الجاف، وفي درجات حرارة تبلغ 0 درجة مئوية، تكون سرعة الصوت حوالي 331.29 مترًا في الثانية. بينما في السوائل، وعلى درجة حرارة 8 درجات مئوية، تصل سرعة الصوت إلى نحو 1,439 مترًا في الثانية.

فيما يلي نستعرض أبرز العوامل التي تؤثر على سرعة الصوت:

كثافة الوسط الناقل

تعتمد سرعة الصوت على مرونة وكثافة الوسط الذي تنتقل خلاله. من المهم الإشارة إلى أن العلاقة بين سرعة الصوت ومرونة الوسط هي علاقة طردية؛ بمعنى أنه كلما انخفضت كثافة الوسط زادت مرونته (السرعة = المرونة / الكثافة)، وبالتالي تزداد سرعة انتقال الصوت. حيث تنتقل الموجات الصوتية بصورة أسرع في السوائل مقارنة بالغازات، وتكون أسرع في المواد الصلبة بالمقارنة مع السوائل.

ضغط الهواء

يؤثر الضغط على سرعة الصوت في الغازات عند درجات حرارة ثابتة بشكل ضئيل؛ لأن الزيادة في الكثافة تتجلى في مساهمة مماثلة من الضغط، مما يؤدي إلى توازن التأثيرات على سرعة الصوت. أما في السوائل، فيظهر تأثير الضغط بشكل واضح، حيث تزداد سرعة الصوت مع زيادة ضغط الماء، مما يدل على العلاقة الطردية بين الضغط وسرعة الصوت في هذا السياق.

درجة الحرارة

تتزايد سرعة الموجات الصوتية مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يدل على العلاقة الطردية بينهما. فعندما تكون جزيئات المادة أكثر حرارة، تزداد حركتها. وقد توصل العلماء إلى صيغة رياضية تتيح حساب سرعة الصوت في الهواء الجاف عند درجات حرارة مختلفة، وهي: سرعة الصوت = 331 + (0.61 × درجة الحرارة).

سرعة الصوت في مختلف الأوساط

إليكم توضيح سرعة الصوت في الأوساط المختلفة:

سرعة الصوت في الأوساط الصلبة

ينتقل الصوت بسرعة أكبر بين جزيئات المواد الصلبة، حيث تكون الجزيئات متقاربة ومتراصة، مما ينتج عنه تصادم أسرع للجزيئات. على سبيل المثال، تصل سرعة الصوت في الحالة الصلبة إلى 6000 متر في الثانية، بينما تبلغ في الفولاذ حوالي 5100 متر في الثانية. كما يُعتبر الصوت في الألماس أسرع بحوالي 35 مرة من سرعته في الماء.

سرعة الصوت في الأوساط الغازية

تكون سرعة انتقال الصوت في الغازات أبطأ مقارنةً ببقية الأوساط، وذلك بسبب تباعد الجزيئات التي تشكل المواد الغازية. تجدر الإشارة إلى أن الموجات الصوتية تحتاج وقتًا أطول لنقل الطاقة من جزيء إلى آخر، نتيجة للتباعد بين الجزيئات.

سرعة الصوت في الأوساط السائلة

تمتاز سرعة الصوت في الأوساط السائلة بأنها أسرع من سرعتها في الغازات، وأبطأ من سرعتها في المواد الصلبة. يعود ذلك إلى أن المسافات بين الجزيئات في السوائل أقل من تلك في المواد الصلبة، ولكنها أكثر من تلك في الأوساط الغازية. لذا، تتأرجح سرعة الصوت في السوائل بين المواد الصلبة والغازية.