Máy tính Tốc độ Âm thanh

Máy Tính Tốc Độ Âm Thanh cho bạn biết âm thanh truyền nhanh như thế nào qua không khí ở bất kỳ nhiệt độ nào — với tùy chọn hiệu chỉnh độ ẩm — hoặc qua hàng chục môi trường khác như nước, thép, heli và kim cương. Công cụ báo cáo kết quả theo m/s, km/h, mph, ft/s và knots, hiển thị tốc độ bức tường âm thanh Mach 1, thời gian âm thanh cần có để đi hết một khoảng cách và cách ứng dụng nó để ước tính khoảng cách của một tia sét.

Tốc độ âm thanh là gì?

Tốc độ âm thanh là tốc độ truyền đi của một sóng áp suất — một rung động được truyền từ phân tử này sang phân tử khác — qua một vật liệu. Trong không khí khô ở 20 °C (68 °F), nó vào khoảng 343 m/s (1.235 km/h hoặc 767 mph). Âm thanh cần một môi trường để truyền đi, vì vậy không giống như ánh sáng, nó không thể di chuyển trong môi trường chân không. Nó di chuyển nhanh nhất trong các chất rắn cứng, đậm đặc và chậm nhất trong các chất khí.

Công thức tính tốc độ âm thanh trong không khí

Trong không khí, tốc độ âm thanh phụ thuộc gần như hoàn toàn vào nhiệt độ. Mối quan hệ đoạn nhiệt chính xác là:

trong đó c là tốc độ âm thanh tính bằng mét trên giây và T là nhiệt độ không khí tính bằng độ Celsius. Công thức này bắt nguồn từ mối quan hệ vật lý \( c = \sqrt{\gamma R T / M} \), trong đó \( \gamma \) là chỉ số đoạn nhiệt của không khí (khoảng 1.4), \( R \) là hằng số khí lý tưởng, \( T \) là nhiệt độ tuyệt đối tính theo kelvin và \( M \) là khối lượng mol của không khí. Một công thức xấp xỉ tuyến tính tiện dụng gần nhiệt độ phòng là \( c \approx 331.3 + 0.606\,T \).

Không khí ẩm có mật độ ít đậm đặc hơn một chút so với không khí khô, do đó âm thanh truyền nhanh hơn một chút trong đó. Phép hiệu chỉnh ở trên (với RH là độ ẩm tương đối tính theo phần trăm) cộng thêm tối đa khoảng 1,2 m/s ở độ ẩm 100% — tuy nhỏ nhưng được đưa vào đây để đảm bảo tính toàn vẹn.

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh không?

Có — trong không khí, nhiệt độ là yếu tố chi phối lớn nhất. Các phân tử không khí ấm hơn di chuyển nhanh hơn và va chạm thường xuyên hơn, truyền sóng âm đi nhanh hơn. Tốc độ tăng khoảng 0,6 m/s cho mỗi 1 °C tăng thêm. Đây là lý do tại sao âm thanh truyền đi khác nhau vào một buổi chiều nóng so với một đêm lạnh, và tại sao Mach 1 của một chiếc máy bay phản lực bay cao trong tầng khí quyển trên lạnh giá lại chậm hơn so với khi bay gần mặt đất ấm áp. Bản thân áp suất không khí và độ cao hầu như không có tác động trực tiếp nào, vì ảnh hưởng của chúng đối với mật độ và độ cứng phần lớn tự triệt tiêu lẫn nhau.

Tốc độ âm thanh trong các môi trường khác nhau

Âm thanh truyền nhanh hơn nhiều trong chất lỏng và chất rắn so với chất khí, vì các phân tử của chúng được xếp chặt chẽ và liên kết mạnh mẽ, giúp truyền các rung động một cách hiệu quả. Bảng dưới đây liệt kê các giá trị tiêu biểu ở điều kiện tiêu chuẩn.

Tại sao khí heli lại làm cho giọng bạn giống tiếng sóc chuột?

Âm thanh truyền nhanh hơn gần ba lần trong khí heli (khoảng 1.007 m/s) so với trong không khí, vì heli nhẹ hơn nhiều so với nitơ và oxy trong không khí. Đường thanh quản của bạn cộng hưởng ở tần số cao hơn khi chứa đầy loại khí nhẹ và nhanh này, làm thay đổi âm sắc giọng nói của bạn cao hơn thành âm thanh "sóc chuột" quen thuộc. (Hít khí heli là không an toàn — nó chiếm chỗ của lượng oxy bạn cần để thở.)

Sử dụng tốc độ âm thanh để đo khoảng cách

Vì ánh sáng truyền đến bạn gần như ngay lập tức nhưng âm thanh thì tụt lại phía sau, bạn có thể ước tính một sự kiện ở cách bao xa bằng cách tính thời gian trễ:

• Tia sét: Đếm số giây giữa ánh chớp và tiếng sấm. Âm thanh truyền đi khoảng 1 km sau mỗi 3 giây (1 dặm sau mỗi 5 giây), vì vậy hãy chia độ trễ cho 3 để có khoảng cách tính bằng km hoặc cho 5 để có khoảng cách tính bằng dặm.
• Tiếng vang & sonar: Phát một xung tín hiệu, tính thời gian của chu trình khứ hồi, rồi nhân với tốc độ âm thanh để tìm ra hai lần khoảng cách đến bề mặt phản xạ.

Điều gì ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh?

Cách sử dụng máy tính này

1. Chọn chế độ: Chọn Không khí để tính từ nhiệt độ, hoặc Môi trường khác để tra cứu một vật liệu cụ thể.
2. Nhập các điều kiện: Đối với không khí, hãy nhập nhiệt độ và chọn °C, °F hoặc K, và tùy chọn thêm độ ẩm tương đối. Đối với môi trường khác, hãy chọn từ danh sách.
3. Nhấp Tính toán: Công cụ sẽ tính toán tốc độ âm thanh ngay lập tức.
4. Xem lại kết quả: Xem tốc độ theo năm đơn vị, tốc độ Mach 1 và bảng Mach, thời gian truyền âm thanh, quy tắc tia sét, biểu đồ so sánh, đường cong phản hồi nhiệt độ và phân tích từng bước.

Các câu hỏi thường gặp

Tốc độ âm thanh trong không khí là bao nhiêu?

Trong không khí khô ở 20 °C (68 °F), tốc độ âm thanh khoảng 343 m/s, tương đương 1.235 km/h hoặc 767 mph. Ở 0 °C, nó khoảng 331 m/s. Tốc độ tăng khoảng 0,6 m/s cho mỗi độ Celsius tăng thêm của nhiệt độ.

Tốc độ âm thanh trong không khí được tính như thế nào?

Tốc độ âm thanh trong không khí khô là c = 331,3 × √(1 + T / 273,15), trong đó T là nhiệt độ không khí tính bằng độ Celsius. Đây là công thức đoạn nhiệt chính xác. Không khí ẩm di chuyển nhanh hơn một chút, vì vậy có thể cộng thêm một hiệu chỉnh độ ẩm tùy chọn khoảng 0,0124 m/s cho mỗi phần trăm độ ẩm tương đối.

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh không?

Có. Trong không khí, tốc độ âm thanh phụ thuộc gần như hoàn toàn vào nhiệt độ và tăng lên khi không khí ấm hơn, vì các phân tử ấm hơn di chuyển nhanh hơn và truyền sóng áp suất nhanh hơn. Nó tăng khoảng 0,6 m/s cho mỗi độ Celsius. Bản thân áp suất không khí và độ cao gần như không có tác dụng trực tiếp nào.

Tại sao tốc độ âm thanh trong nước và thép lại nhanh hơn trong không khí?

Âm thanh truyền nhanh hơn trong các vật liệu cứng hơn, đậm đặc hơn vì các phân tử liên kết chặt chẽ của chúng truyền rung động hiệu quả hơn. Nó đạt khoảng 1.481 m/s trong nước (nhanh hơn bốn lần so với không khí) và khoảng 5.960 m/s trong steel (nhanh hơn khoảng mườiされています lần so với không khí).

Làm thế nào để sử dụng tốc độ âm thanh nhằm tìm khoảng cách của tia sét?

Đếm số giây từ khi nhìn thấy tia chớp cho đến khi nghe thấy tiếng sấm, sau đó nhân với tốc độ âm thanh. Theo quy tắc ngón tay cái, âm thanh truyền đi khoảng 1 km sau mỗi 3 giây, hoặc 1 dặm sau mỗi 5 giây, vì vậy chia độ trễ tính bằng giây cho 3 sẽ ra khoảng cách tính bằng kilômét và chia cho 5 sẽ ra khoảng cách tính bằng dặm.

Mach 1 là gì?

Mach 1 là tốc độ âm thanh trong môi trường xung quanh. Trong không khí ở 20 °C, Mach 1 là khoảng 343 m/s (1.235 km/h hoặc 767 mph). Vì tốc độ âm thanh thay đổi theo nhiệt độ, Mach 1 chậm hơn một chút trong không khí lạnh trên cao của khí quyển và nhanh hơn trong không khí ấm áp gần mặt đất.

Tài nguyên bổ sung

• Tốc độ âm thanh - Wikipedia
• Số Mach - Wikipedia