Velocità del suono
Quanto vale la velocità del suono?
Vuoi sapere quanto vale la velocità del suono?
Vuoi sapere a quanti km/h o m/s viaggia il suono?
Se si continua pure con la lettura dell'articolo.
Iniziamo con il ricordare che la velocità di propagazione di un'onda (e quindi anche quella di un'onda sonora) è il rapporto tra la sua lunghezza d'onda ed il suo periodo:
v = λ / T
Ricordando inoltre la relazione che intercorre tra periodo di un'onda e la sua frequenza (f = 1 / T), la velocità è esprimibile anche come:
v = λ ∙ f
La velocità di propagazione di un'onda dipende dalla proprietà fisiche del mezzo materiale attraversato.
Ad esempio la velocità dell'onda sonora nell'aria sarà diversa dalla velocità della stessa in acqua.
Inoltre periodo (o frequenza) e lunghezza d'onda sono determinati dal moto della sorgente, per cui anche se una sorgente è in movimento la velocità dell'onda emessa sarà sempre la stessa.
La velocità del suono in m/s
Oltre a dipendere dal mezzo attraverso cui il suono si propaga, la velocità dipende da pressione e temperatura ambientali.
A condizioni di pressione atmosferica normale pari a 101325 Pa e temperatura ambiente il suono si propaga ad una velocità di 344 m/s.
Vsuono,aria = 344 m/s
A 0°C invece la velocità risulta leggermente minore pari a 330 m/s.
Questo è spiegabile in quanto a temperature sempre più basse le molecole tendono a ridurre le loro vibrazioni determinando una diminuzione dell'elasticità del mezzo stesso con il risultato di rendere più difficoltoso il passaggio e la trasmissione dell'onda sonora.
Ecco una tabella con la velocità del suono per alcuni mezzi, solidi, liquidi e gassosi:
Velocità del suono in km/h
Volendo esprimere la velocità del suono in km/h risulta che:
velocità del suono = 1238 km/h
Tale dato è facilmente ricavabile ricordando la relazione che intercorre tra m/s e km/h (al riguardo si veda: da km/h a m/s) che è:
1 m/s = 3,6 km/h
Pertanto, conoscendo la velocità del suono in m/s (344 m/s) per convertirla in km/h è sufficiente moltiplicare per 3,6 il valore numerico dei m/s.
Risulta pertanto che:
344 · 3,6 = 1238 km/h
Viene confermato quindi che la velocità del suono espressa in chilometri orari è pari a 1238 km/h.
Velocità del suono e velocità della luce
La luce e il suono sono due diversi tipi di onde con caratteristiche molto diverse tra di loro.
Innanzitutto la radiazione elettromagnetica, che comunemente chiamiamo luce, è un'onda trasversale mentre il suono è un'onda di tipo longitudinale.
La luce si può propagare anche nel vuoto mentre il suono no. Infine la velocità di propagazione delle due onde è enormemente differente, in particolare la velocità della luce vale nel vuoto (e con buona approssimazione anche nell'aria):
c = 3 ∙ 108 m/s
quindi ben 6 ordini di grandezza superiore! Cioè la luce si muove rispetto al suono circa 1 milione di volte più veloce.
Questo spiega lo sfasamento di percezione tra il fulmine ed il tuono durante un temporale.
La velocità della luce inoltre risulta essere sempre la stessa in qualsiasi sistema di riferimento in cui ci si pone (postulato della teoria della relatività del 1915 di Einstein) mentre il suono segue le leggi della meccanica galileana.
Sorgenti più veloci dell'onda
Quando una sorgente sonora si muove a velocità pari o superiore a quella del suono, i fronti di compressione del mezzo anziché viaggiare precedendo la sorgente viaggiano in contemporanea con essa, con l'effetto di creare, accumulandosi, un'onda d'urto che viene percepita come un forte boato dovuta al fatto della presenza di una barriera di aria compressa.
Questo tipo di velocità è detta velocità supersonica, ovvero superiore a quella del suono.
Se la velocità della sorgente è ancora più elevata di quella del suono si viene a creare dietro ad essa un fronte d'onda a forma di cono.
Per studiare le proprietà aerodinamiche dei fluidi si introduce il "numero di Mach", che rappresenta un numero puro adimensionale definito come il rapporto tra la velocità del corpo e la velocità del suono nel mezzo in cui esso si sta muovendo.
Quando la velocità del corpo supera il muro del suono, ovvero per valori uguali a 1 del numero di Mach si è in presenza di boato supersonico. Quando il numero di mach supera il valore 5 si parla di bang supersonico.
Esercizio
Durante un temporale si sente un tuono arrivare 3 secondi dopo aver visto il fulmine.
Quanto dista il temporale?
Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: calcolo della distanza di un temporale.
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