Degeluidssnelheid is desnelheid waarmeegeluidstrillingen ofgeluidsgolven zich voortbewegen. Geluid kan zich enkel in een medium voortbewegen (vast, vloeibaar of gasvormig) en de snelheid
hangt af van decompressiemodulus
en dedichtheid
van het medium, volgens de volgende formule:
De dichtheid en de compressiemodulus kunnen afhankelijk zijn van onder meer de temperatuur en bijvoorbeeld het vochtgehalte. Voor lucht bij kamertemperatuur (20 °C) is de geluidssnelheid ca.343 m/s of1234,8 km/h. Bij droge lucht (met relatief weinig waterdamp) met een temperatuur van 0 °C is dat331 m/s of1191,6 km/h. In vloeistoffen en vaste stoffen is de geluidssnelheid meestal hoger. In water bijvoorbeeld plant geluid zich voort met een snelheid van circa1510 m/s; in hout is dat circa3300 m/s; instaal5800 m/s. Bij de hardste metalen kan de geluidssnelheid oplopen tot12 000 m/s.
Als een vliegtuig sneller vliegt dan de geluidssnelheid in de lucht op die hoogte, produceert het een schokgolf die men 'het doorbreken van degeluidsbarrière' noemt. Hetmachgetal is hiervan afgeleid.
Een formule die de geluidssnelheidc in eenideaal gas (in deaerodynamica wordt vaak de lettera gebruikt) verbindt met de temperatuur, is:
daarin is
despecifieke-warmteverhouding (voor lucht 1,41),R de algemenegasconstante (8,3145 J/(mol K)),T deabsolute temperatuur inkelvin enM demolaire massa van het gas inkg/mol.De samendrukbaarheid en de dichtheid van een lucht worden goed benaderd door dealgemene gaswet.De specifieke warmte verhouding is een correctie, door de snelleadiabatische samendrukking neemt de temperatuur namelijk toe op het moment dat de lucht door de geluidsgolf wordt samengeperst en na het passeren neemt de temperatuur weer af. De hogere temperatuur vermindert de samendrukbaarheid en het effect is een verhoging van de geluidssnelheid.
Voor lucht kan de bovenstaande formule benaderd worden door:
met
de temperatuur in gradenCelsius.
De snelheid neemt toe met de temperatuur, bij 20 °C is de geluidssnelheid ongeveer 12 m/s groter dan bij 0 °C. De geluidssnelheid is vrijwel onafhankelijk van de frequentie van het geluid en ook van deluchtdruk, maar niettemin zijn de afwijkingen meetbaar en ook hoorbaar. De geluidssnelheid ten opzichte van de grond kan natuurlijk wel beïnvloed worden door de snelheid van de wind.
De bovenstaande formule kan bij standaarddrukp en standaardtemperatuur ook geschreven worden als:
Daarin is:
- p = 101.325 pascal
en
- ρ de dichtheid van het gas.
De geluidssnelheid in water is ongeveer 1500 m/s, veel hoger dan in lucht. Het is mogelijk om veranderingen van de temperatuur van de oceaan te meten door te meten hoe de geluidssnelheid over grote afstanden verandert.
Een probleem is dat de geluidssnelheid afhankelijk is van de dichtheid en het geleidingsvermogen van het medium waardoor de geluidsgolf zich voortplant. In dit geval is dat water, waarvan die factoren worden beïnvloed door temperatuur en zoutgehalte.
De geluidssnelheid laat zich berekenen door de volgende formule:
waarbij:
- c = geluidssnelheid (m/s)
- T = temperatuur (°C)
- S = zoutgehalte (‰)
- d = waterdiepte (m)
Deze formule vanMedwin is een empirische formule, waarvan er vele bestaan. Andere namen in dit verband zijn Chen & Millero, Wilson, Del Grosso, Kinsler & Frey, Horton en Lovett.
De grote invloed van de temperatuur valt direct op alsmede dat hoe zouter het water is hoe hoger de snelheid wordt. Je kunt de geluidssnelheid direct meten met een geluidssnelheidsmeter. De fout in metingen door een verkeerde geluidssnelheid is miniem in ondiep water:
Verschil in diepte bij een fout in de geluidssnelheid van 10 m/s:Aanname:
- V = 1500 m/s
- D = 10 m
Aangezien deze fout systematisch is zal het verschil op 200 meter diepte 20 keer zo groot zijn, namelijk 20 × 0,067 m = 1,34 meter
Op verschillende plaatsen en tijden zal altijd verschil in geluidssnelheid optreden. Men moet zich bewust zijn van de onnauwkeurigheid die hierdoor kan ontstaan en zich afvragen of de onnauwkeurigheid binnen de tolerantie valt. Bijvoorbeeld wanneer het getij draait of men in een dieper gedeelte gaat peilen. Men moet dan overwegen om een nieuwe geluidssnelheidsmeting ofbarcheck te doen.
De temperatuur van de stof is, tenzij anders vermeld, 293kelvin (K).
De temperatuur van de vloeistof is, tenzij anders vermeld, 293K.
De temperatuur van het gas is, tenzij anders vermeld, 273K.
