聲速

【聲速】（sound speed）也稱音速，聲波在介質中的傳播速度。不同物質的密度和彈性模量不同，所以聲波在其中的傳播速度不同。 空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340米／秒。

一般說來，聲速的數(shù)值在固體中比在液體中大，在液體中又比在氣體中大。聲速的大小還隨大氣溫度的變化而變化，在對流層中，高度升高時，氣溫下降，音速減小。在平流層[1]下部，氣溫不隨高度而變，音速也不變，為295.2米／秒?？諝饬鲃拥囊?guī)律和飛機的空氣動力特性，在飛行速度小于音速和大于音速的情況下，具有質的差別，因此，研究航空器在大氣中的運動，聲速是一個非常重要的基準值。

聲速不是一個固定的值在干燥空氣中,音速的經(jīng)驗公式是:聲速u=331.3+(0.606c)m/s(c=攝氏氣溫)

常溫下(15℃),聲速為u=331.3+(0.606x15)=340.4m/s,這就是為什么都說音速是340m/s(1225km/h)的緣故.潮濕空氣的音速略有增加,但是幅度不到0.5%,大多數(shù)場合可以忽略不計.對于華氏氣溫,可以用公式換算:F=9C/5+32(C=攝氏氣溫)。

國際標準大氣ISA規(guī)定:在對流層中(0~11000m),海平面的氣溫為15℃,氣壓101325Pa,空氣密度1.226kg/m3；海拔每升高1000m,氣溫下降6.5℃。

利用上面的公式計算不同海拔的氣溫,再綜合前面的音速經(jīng)驗公式,就可以推算不同海拔的聲速了。

在11000~20000m的高空(屬平流層,氣溫基本沒有變化,所以又叫"同溫層"),溫度下降到零下57℃(15-11x6.5=-56.5℃),這里的聲速是u=331.3+[0.606x(-57)]=296.7m/s(約1068km/h).噴氣式飛機都喜歡在1萬米左右的高空巡航,因為這里是平流層的底部,可以避開對流層因對流活動而產(chǎn)生的氣流.在11000~20000m的同溫層內,音速的標準值是1062km/h,而且基本穩(wěn)定.

噴氣式飛機都用馬赫數(shù)Ma來表示速度,而不用對地速度.這是因為物體在空氣中飛行時,前端會壓縮空氣形成波動,這個波動是以音速傳播的(因為聲波也是波動的一種).如果物體的飛行速度超過音速,那么這些波動無法從前端傳播,而在物體前端堆積,壓力增大,最終形成激波.激波是超音速飛行的主要阻力源.物體飛行速度一旦超過音速,必然產(chǎn)生激波.激波會極大地增加飛行阻力,影響到整個飛行狀態(tài)以及燃料的消耗.在不同的空氣環(huán)境中,盡管飛行器的Ma數(shù)相同,但他們的對地速度是不相等的;不過,他們受到的阻力卻大致相當.所以,飛行器都是用當?shù)氐囊羲?來衡量當前速度的。

以音叉為例，我們敲打音叉之后，音叉產(chǎn)生振動，振動中的音叉會來回推撞周圍的空氣，使得空氣的壓力時高時低，而使得空氣分子產(chǎn)生密部和疏部的變化，并藉由分子間的碰撞運動向外擴散出去，音叉的聲波也就向外傳出了。聲波在傳遞時，空氣分子的振動方向和波的傳遞方向是相同的，我們把這種波叫做“縱波”。

像空氣這種可以傳遞聲波的物質，我們把它們叫做“介質”。聲波一定要有介質才能傳遞出去，如果真空狀態(tài)，聲波沒有了傳播的媒質，就無法聽到聲音了除了空氣可以傳遞聲音之外，液體（像水)、固體（像木材、玻璃、鋼鐵）等等，也都是聲音的介質，而且因為液體、固體的分子排列得較緊密，因此傳遞聲音的速度都比空氣來得快。聲音在水中的傳播速度大約是在空氣中的五倍，在鋼中則比空氣中快上將近二十倍。

日常生活中，聲音大都藉由空氣傳播，歷史上第一次測出空氣中的聲速，是在公元1708年的時候。當時一位英國人德罕姆站在一座教堂的頂樓，注視著十九公里外正在發(fā)射的大炮，他計算大炮發(fā)出閃光后到聽見轟隆聲之間的時間，經(jīng)過多次測量后取平均值，得到與現(xiàn)在相當接近的聲速數(shù)據(jù)在20℃時，每秒可跑343米。

真空0m/s（也就是不能傳播）

空氣（15℃）340m/s

空氣（25℃）346m/s

軟木500m/s

煤油（25℃）1324m/s

蒸餾水（25℃）1497m/s

海水（25℃）1531m/s

銅（棒）3750m/s

大理石3810m/s

鋁（棒）5000m/s

鐵（棒）5200m/s

水(常溫）1500m/s  

從聲源發(fā)出的聲波以一定的速度向周圍傳播，意味著聲波的能量也以一定的速度向周圍傳播。目前所知，聲波能夠在所有物質（除真空外）中傳播。其傳播速度由傳聲介質的某些物理性質，主要是力學性質所決定。例如，音速與介質的密度和彈性性質有關，因此也隨介質的溫度、壓強等狀態(tài)參量而改變。氣體中音速每秒約數(shù)百米，隨溫度升高而增大，0℃時空氣中音速為331.4米／秒，15℃時為340米／秒，溫度每升高1℃，音速約增加0．6米／秒。通常，固體介質中音速最大，液體介質中的音速較小，氣體介質中的音速最小。另外，不均勻介質中的音速處處不等。各向異性介質中的音速隨傳播方向而異。在有些情況下音速還與聲波本身的振幅、頻率、振動方式（縱波聲速、橫波聲速等）有關。如果傳播介質的尺寸不夠大，則其邊界對音速也有影響。因此為了使音速的量值確切地表征傳聲介質的聲學特征，不受其幾何形狀的影響，一般須規(guī)定傳聲介質的尺寸足夠大（理論上為無限大）情況下的聲波傳播速度。有時為了實用上的方便，也列出某些特殊情況下的音速，如固體細棒中的聲速。