Velocidad del sonido

Dado que la velocidad del sonido varía según el medio, se utiliza el número Mach 1 para indicarla.La velocidad del sonido en un gas ideal sólo depende de su temperatura y composición.En el aire ordinario, la velocidad tiene una débil dependencia de la frecuencia y la presión, desviándose ligeramente del comportamiento ideal.Laurence, Upminster para observar el destello de una escopeta distante que se disparaba, y luego midió el tiempo hasta que escuchó el disparo con un péndulo de medio segundo.[6]​ La transmisión del sonido puede ilustrarse utilizando un modelo consistente en un conjunto de objetos esféricos interconectados por muelles.El sonido atraviesa el sistema comprimiendo y expandiendo los muelles, transmitiendo la energía acústica a las esferas vecinas.Del mismo modo, el sonido viaja aproximadamente 1,41 veces más rápido en el gas hidrógeno ligero (protio) que en el gas hidrógeno pesado (deuterio), ya que el deuterio tiene propiedades similares pero el doble de densidad.Algunos libros de texto afirman erróneamente que la velocidad del sonido aumenta con la densidad.Esta noción se ilustra presentando datos de tres materiales, como el aire, el agua y el acero, y observando que la velocidad del sonido es mayor en los materiales más densos.En gases y líquidos sólo se admiten ondas de compresión.En general, las ondas transversales se presentan como un par de polarizaciones ortogonales.La definición termodinámica de la velocidad del sonido, para cualquier medio, es:Por ejemplo, sobre una superficie nevada el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias.Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es un medio uniforme.En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.Para los fluidos en general, la velocidad del sonido c viene dada por la ecuación de Newton-Laplace:Para los gases ideales, el módulo de masa K es simplemente la presión del gas multiplicada por el índice adiabático adimensional, que es aproximadamente 1,4 para el aire en condiciones normales de presión y temperatura.debe ser el mismo en los dos extremos del tubo, por lo que el flujo de masaEl aire, mezcla de oxígeno y nitrógeno, constituye un medio no dispersivo.El mismo fenómeno ocurre con las ondas luminosas; véase dispersión óptica para una descripción.En los gases, la compresibilidad adiabática está directamente relacionada con la presión a través de la relación de capacidad calorífica (índice adiabático), mientras que la presión y la densidad están inversamente relacionadas con la temperatura y el peso molecular, por lo que sólo son importantes las propiedades completamente independientes de la temperatura y estructura molecular (la relación de capacidad calorífica puede estar determinada por la temperatura y la estructura molecular, pero el simple peso molecular no basta para determinarla).Para un gas ideal dado, la composición molecular es fija y, por tanto, la velocidad del sonido sólo depende de su temperatura.A temperatura constante, la presión del gas no tiene ningún efecto sobre la velocidad del sonido, ya que la densidad aumentará, y puesto que la presión y la densidad (también proporcional a la presión) tienen efectos iguales pero opuestos sobre la velocidad del sonido, y las dos contribuciones se cancelan exactamente.Así, para un mismo gas dado (suponiendo que el peso molecular no cambia) y en un intervalo de temperatura pequeño (para el que la capacidad calorífica es relativamente constante), la velocidad del sonido pasa a depender únicamente de la temperatura del gas.La humedad tiene un efecto pequeño pero mensurable sobre la velocidad del sonido (haciendo que aumente en torno a un 0,1%-0,6%), porque las moléculas de oxígeno y nitrógeno del aire son sustituidas por moléculas más ligeras de agua.En la atmósfera terrestre, el principal factor que afecta a la velocidad del sonido es la temperatura.Para un gas ideal dado con capacidad calorífica y composición constantes, la velocidad del sonido depende únicamente de la temperatura.Esto produce un gradiente positivo de la velocidad del sonido en esta región.Estas velocidades varían principalmente según la presión, temperatura y salinidad.