Vận tốc âm thanh là gì? Tốc độ âm thanh trong không khí

Vận tốc âm thanh là gì? Tốc độ âm thanh trong không khí là bao nhiêu? Những nhà vật lý đã lí giải hiện tượng này như thế nào? Ở đây, bài viết này của Vimi sẽ cung cấp cho bạn những điều thú vị về vận tốc âm thanh cũng như cách tính toán tốc độ của âm thanh mà có thể bạn chưa biết.

1. Khái niệm Vận tốc âm thanh

Vận tốc của âm thanh thực ra là tốc độ truyền đi của một sóng âm thông qua một môi trường nhất định, trong một khoảng thời gian xác định. Âm thanh tự nó là một cảm giác được tạo ra trong não bộ của con người để phản ứng với các giác cảm từ tai trong.

Vận tốc này biến động phụ thuộc vào môi trường mà âm thanh truyền qua. Nó thay đổi tùy theo độ đàn hồi, cũng như khối lượng riêng từ mỗi loại môi trường, cụ thể là mật độ và nhiệt độ. Khi môi trường truyền âm càng lý tưởng, tốc độ truyền âm càng nhanh và ngược lại. Điều này mang hàm ý rằng vận tốc âm thanh trong môi trường chất rắn sẽ tốc độ hơn so với trong nước, còn chậm chất là truyền âm qua không khí.

2. Tốc độ âm thanh trong không khí là bao nhiêu?

Biết được vận tốc âm thanh là gì thì cũng cần trả lời câu hỏi: tính toán vận tốc đó ra sao? Lấy một môi trường quen thuộc nhất với chúng ta là không khí, các nhà khoa học ước tính được, ở mức nhiệt độ 20ºC (68ºF), thì vận tốc âm thanh rơi vào con số 343m/giây. Và để có phép tính chuẩn xác, Vimi cung cấp cho các bạn thông tin về vận tốc của âm thanh như sau:

• Vận tốc âm thanh theo hệ đo lường bằng mét

Tại môi trường không khí:

Vận tốc âm thanh = 12348 km/h

Vận tốc âm thanh = 1,2348 km/s

Vận tốc âm thanh = 0,343 m/h

Vận tốc âm thanh = 343 m/s

So sánh với vận tốc trong các môi trường nước và rắn thì con số vận tốc tăng tới 15 lần (1481m/s – môi trường nước (nhanh hơn khoản 4,3 lần); đạt tới 5120 m/s nếu truyền âm qua sắt (tốc độ cao gấp 15 lần).

• Vận tốc âm thanh theo hệ đo lường của Anh/Mỹ, hàng hải

Vận tốc âm thanh = 0,231 mph

Vận tốc âm thanh =767,269 mps

Vận tốc âm thanh = 1125,328 ft/h

Vận tốc âm thanh = 4051181,1 ft/s

Vận tốc âm thanh = 666739 knot

3. Sự tác động từ đặc điểm môi trường đến vận tốc âm thanh

Mặc dù những con số cho chúng ta biết sự khác nhau trong tốc độ truyền âm thanh qua mỗi môi trường tương ứng, nhưng về mặt vật lý, thực chất vì sao vận tốc âm thanh lại chịu sự tác động từ đặc điểm môi trường?

Thực chất, tốc độ truyền đi của âm thanh và đặc tính, tính chất của môi trường nó truyền qua có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Cụ thể, khi một dao động âm được truyền đi làm các hạt phân tử cấu tạo trong môi trường đó chuyển động quanh trạng thái cân bằng vốn có. Khi một hạt cấu tạo bất kì đi lệch ra quỹ đạo cân bằng thì các hạt phân tử khác sẽ tác động để đưa nó quay lại vị trí ban đầu.

Hiện tượng này nghĩa là đặc tính cấu tạo của các môi trường có khả năng phản kháng lại trạng thái mất cân bằng đó. Các môi trường chúng ta đề cập tới ở đây là nước, không khí và chất rắn, mỗi môi trường sở hữu trạng thái phân tử không giống nhau, kéo theo khả năng chống lại khác nhau. Môi trường nào có kết cấu phân tử mạnh, khả năng dao động truyền qua cao thì vận tốc âm thanh cũng đạt tốc độ tốt hơn.

4. Vận tốc âm thanh dạng siêu thanh

Nhắc tới vận tốc âm thanh, không thể bỏ qua vận tốc siêu thanh, dạng âm thanh sở hữu tần số cao hơn mức nghe được của tai chúng ta.

Cụ thể, vận tốc siêu thanh trong điều kiện không khí thường lớn hơn hoặc bằng Mach 1 (343m/giây). Và khi tốc độ của âm thanh đạt ngưỡng quá Mach 5 thì người ta gọi hiện tượng vật lý đó là cực siêu thanh, vận tốc hơn mức bình thường 5 lần.

Một số vật thể được xếp vào tốc độ âm thanh dạng siêu thanh có thể kể đến máy bay chiến đấu, tàu vũ trụ, hay độ bay của đạn bắn ra từ hầu hết các khẩu súng đều là siêu thanh.

5. So sánh tốc độ âm thanh với tốc độ ánh sáng

Dựa theo các nghiên cứu khoa học và vật lý từ trước tới nay, vận tốc cực kỳ nhanh của ánh sáng đạt con số 300 nghìn km mỗi giây. Có thể dễ dàng nhận thấy, vận tốc âm thanh như đã có ở trên, là chậm hơn rất nhiều khi đặt vào bàn cân với ánh sáng. Đây cũng là câu trả lời cho việc mỗi khi trời xuất hiện sấm sét thì thứ ta cảm nhận được đầu tiên là ánh sáng từ tia sét, rồi sau đó mới tới tiếng sấm.

Toàn bộ là những thông tin được Vimi tổng hợp và cung cấp đến bạn đọc nhằm trả lời cho câu hỏi vận tốc âm thanh là gì, cũng như tốc độ âm thanh truyền đi trong không khí là bao nhiêu. Mong rằng những chia sẻ trên đều hữu ích và thú vị đối với mọi người.