تعد سرعة الصوت واحدة من أهم المقاييس الفيزيائية التي تم تعريفها وتحديدها من قبل علماء الفيزياء، ومن خلالها تم قياس العديد من الأمور التي لم تعرف من قبل.
سرعة الصوت
سرعة الصوت هي المسافة التي يقطعها الصوت في وحدة زمنية واحدة عند انتشاره في وسط مرن. عند درجة حرارة 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت)، تكون سرعة الصوت في الهواء حوالي 343 مترا في الثانية (1234.8 كيلومتر / ساعة، 1،125 قدم / ثانية، 767 ميل في الساعة؛ 667 كيلوجراما)، أو كيلومتر واحد في 2.9 ثانية أو ميل واحد في 4.7 ثانية. تعتمد هذه القيمة بشكل كبير على درجة الحرارة وتختلف بسبب وجود الغازات.
تعتمد سرعة الصوت في الغاز المثالي بالكامل على درجة حرارته وتركيبه، وتتميز بالاعتماد الضعيف على التردد والضغط في الهواء العادي، حيث تنحرف قليلاً عن السلوك المثالي.
سرعة الصوت في الاوساط المختلفة
في الحياة اليومية، تشير سرعة الصوت إلى سرعة انتشار الموجات الصوتية في الهواء، ولكن سرعة الصوت تختلف من مادة إلى أخرى، لأن الصوت ينتقل ببطء شديد في الغازات، وينتقل بشكل أسرع في السوائل، وأسرع بشكل أكبر في المواد الصلبة، فعلى سبيل المثال، ينتشر الصوت بسرعة 343 مترا في الثانية في الهواء، وينتشر بسرعة 1,480 مترا في الثانية في الماء (أي ما يعادل 4.3 مرات سرعته في الهواء)، وينتشر بسرعة 5,120 مترا في الثانية في الحديد (أي ما يعادل 15 ضعف سرعته في الهواء). وفي المواد شديدة الصلابة مثل الألماس، ينتشر الصوت بسرعة 12,000 متر في الثانية (أي ما يعادل 27,000 ميل في الساعة)، وهي تقريبا 35 ضعف سرعته في الهواء، وهذه السرعة تقترب من السرعة القصوى التي يمكن للصوت أن يصل إليها في الظروف العادية.
موجة القص
تتكون الموجات الصوتية في المواد الصلبة من الموجات التراكبية، مثلما هو الحال في الغازات والسوائل، وهناك نوع آخر من الموجات الصوتية يسمى موجة القص، والتي تحدث فقط في المواد الصلبة. عادة، تنتقل موجات القص في المواد الصلبة بسرعات مختلفة، كما هو معروف في علم الزلازل. يتم تحديد سرعة الموجات التراكبية في المواد الصلبة بواسطة قابلية الانضغاط ومعامل القص والكثافة، بينما يتم تحديد سرعة موجات القص فقط بواسطة معامل القص والكثافة في المواد الصلبة.
في ديناميكا الموائع، يتم استخدام سرعة الصوت في وسط مائع (غاز أو سائل) كإجراء نسبي لسرعة الجسم المتحرك عبر الوسط، وتسمى نسبة سرعة الجسم إلى سرعة الصوت في السائل رقم ماخ للوسط.
تاريخ اكتشاف سرعة الصوت
حسب العالم إسحاق نيوتن، فإن سرعة الصوت في الهواء تبلغ 979 قدما في الثانية (298 مترا في الثانية)، وهو رقم منخفض بنسبة تقريبية 15٪، وكان تحليل نيوتن حافزا جيدا لتجاهل تأثير درجات الحرارة المتذبذبة بسرعة في الموجة الصوتية (في المصطلحات الحديثة، يشار إليه بضغط الموجات الصوتية وتوسع الهواء كعملية ثابتة وليست عملية متساوية).
خلال القرن السابع عشر، تمت محاولات عديدة لقياس سرعة الصوت بدقة، بما في ذلك محاولات مارين ميرسين في عام 1630 (1380 قدمًا باريزيًا في الثانية)، وبيير غاسيندي في عام 1635 (473 1 قدمًا باريزيًا في الثانية)، وروبرت بويل (1،125 قدمًا باريسيًا في الثانية)
– في عام 1709 ، نشر الكاهن ويليام ديرهام ، رئيس جامعة Upminster ، مقياسًا أكثر دقة لسرعة الصوت ، عند 1،072 قدمًا باريسيًا في الثانية ، و قد استعمل ديرهام تلسكوبًا من برج كنيسة سانت لورانس ، أوبنستر لملاحظة وميض إطلاق بندقية بعيدة ، ثم قاس الوقت حتى سمع صوت إطلاق النار ببندول نصف ثانية.