سرعة الصوت تعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينتقل خلاله الصوت. وخصائص الوسط التي تحدد سرعة الصوت هي الكثافة وقابلية الانضغاط. والكثافة هي مقدار الكتلة الموجودة في وحدة الحجم من المادة. وتقيس قابلية الانضغاط مدى سهولة كبس المادة في حيز ضيق. وحدثا زادت الكثافة وزادت قابلية الانضغاط، قلت سرعة الصوت.

تكون السوائل والأجسام الصلبة بصفة عامة أكثر كثافة من الهواء، ولكنها أيضًا أقل من الهواء بكثير في قابلية الانضغاط، ولذلك، فإن الصوت ينتقل بسرعة أكبر خلال السوائل والأجسام الصلبة. ولذلك نجد مثلاً حتى سرعة الصوت في الماء نحوأربعة أمثال سرعته في الهواء، وسرعته في الفولاذ نحو15 مرة مقدار سرعته في الهواء. وتقاس سرعة الصوت في الهواء عادة عند مستوى سطح البحر، وعند 15°م من الحرارة. وعند هذه الدرجة، ينتقل الصوت بسرعة 340 م/ث. ولكن سرعة الصوت تزداد بزيادة درجة الحرارة. فسرعة الصوت في الهواء، على سبيل المثال، 386 م/ث عند درجة الحرارة 100°م. تكون السوائل والأجسام الصلبة بصفة عامة أكثر كثافة من الهواء، ولكنها أيضًا أقل من الهواء بكثير في قابلية الانضغاط، ولذلك، فإن الصوت ينتقل بسرعة أكبر خلال السوائل والأجسام الصلبة. ولذلك نجد مثلاً حتى سرعة الصوت في الماء نحوأربعة أمثال سرعته في الهواء، وسرعته في الفولاذ نحو15 مرة مقدار سرعته في الهواء. وتقاس سرعة الصوت في الهواء عادة عند مستوى سطح البحر، وعند 15°م من الحرارة. وعند هذه الدرجة، ينتقل الصوت بسرعة 340 م/ث. ولكن سرعة الصوت تزداد بزيادة درجة الحرارة. فسرعة الصوت في الهواء، على سبيل المثال، 386 م/ث عند درجة الحرارة 100°م.

سرعة الصوت أقل بكثير من سرعة الضوء. يتحرك الضوء في الفراغ بسرعة 299,792 كم/ث، أي بنحومليون مرة مقدار سرعة الصوت. ونتيجة لذلك، نرى وميض البرق أثناء العواصف، قبل حتى نسمع صوت الرعد. وإذا راقبت نجارًا يطرق بالمطرقة من مسافة بعيدة، فإنك سترى المطرقة تطرق الخشب قبل حتى تسمع صوتها.

ومن الممكن أنك لاحظت حتى طبقة صوت صفارة القطار تبدوأعلى والقطار يقترب، وتبدوأقل بعد حتى يمر القطار ويبتعد. تنتقل موجات الصوت التي تحدثها الصفارة بسرعة ثابتة في الهواء، بغض النظر عن سرعة القطار. ولكن، بينما يقترب القطار، فإن جميع موجة تالية تحدثها الصفارة تبتر مسافة أقصر إلى آذاننا. ولذلك فإن الموجات تصل بمعدل أكبر، أي بتردد أكبر، وهنا تبدوطبقة الصوت أعلى. وعندما يبتعد القطار، فإن جميع موجة تالية تبتر مسافة أطول إلى الأذن، فتصل الموجات بمعدل أقل، أي بتردد أقل، وتبدوطبقة الصوت أقل. ويسمى هذا التغير الظاهري في طبقة الصوت، الذي تحدثه الأجسام المتحركة تأثير دوبلر. ولا يتغير عمق الصوت بالنسبة لمستمع في القطار.

وتطير الطائرات النفاثة أحيانًا بسرعات تفوق سرعة الصوت. وتنتج الطائرة ذات السرعة التي تفوق سرعة الصوت موجات صدمية، وهي اضطرابات ضغط قوية تنشأ وتتراكم حول الطائرة. ويسمع الناس على الأرض ضجيجًا عاليًا، يُعهد باسم الفرقعة الصوتية (دوي اختراق حاجز الصوت)، عندما تعبر فوقهم موجات صدمية من الطائرة. انظر: الديناميكا الهوائية.

الانعكاس

إذا صحْتَ في اتجاه جدار كبير من الطوب، من مسافة عشرة أمتار على الأقل، فإنك ستسمع صدى صوتك. ينتج الصدى عندما تنعكس موجات الصوت من الجدار إلى أذنيك. وعمومًا، ينعكس جزء من الصَّوت، عندما تصطدم موجاته في وسط ما بجسم كبير من وسط آخر، كما وقع في حالة الموجات في الهواء بعد اصطدامها بجدار الطوب.والصوت الذي لا ينعكس يخترق الوسط الجديد. وتحدِّد سرعة الصوت في جميع من الوسطين وكثافة الوسطين مقدار الانعكاس. وإذا كان الصوت ينتقل بنفس السرعة تقريبًا في جميع من الوسطين، وكان لكل منهما نفس الكثافة تقريبًا، فإن ما ينعكس من الصوتقد يكون ضئيلاً، وسيخترق أغلب الصوت الوسط الجديد. وعلى عكس ذلك، ينعكس أغلب الصوت إذا كان هنالك اختلاف كبير في سرعة الصوت في الوسطين وكذلك في كثافتيهما. وتنتقل موجات الصوت في الهواء بسرعة تقل كثيرًا عن سرعتها في الطوب، كما حتى كثافة الطوب تزيد كثيرًا عن كثافة الهواء، ولذلك ينعكس أغلب صوتك عندما تصيح باتجاه جدار الطوب.

الانكسار

عندما تغادر موجات الصوت وسطًا وتدخل وسطًا آخر تختلف سرعتها، ويتغير اتجاهها. وينتج هذا التغيير في الاتجاه عن التغيُّر في سرعة الموجات، ويسمى انكسارًا. وإذا كانت سرعة موجات الصوت في الوسط الثاني أقل، تنكسر الموجات نحوالعمودي. والعمودي خط وهمي يعامد الفاصل بين الوسطين. وإذا كانت سرعة الصوت في الوسط الثاني أكبر ، فإن الموجات تنكسر بعيدًا عن العمودي.

ويمكن حتى تنكسر موجات الصوت أيضًا، إذا كانت سرعة الصوت تتغير من نقطة إلى نقطة في نفس الوسط. ففي هذه الحالة، تنحني الموجات نحوالمنطقة ذات السرعة الأقل. وقد تكون لاحظت حتى الصوت يُسمع من مسافة أبعد في الليل، مقارنة بنهار يوم ساطع الشمس. فأثناء النهار،قد يكون الهواء القريب من الأرض أدفأ من الهواء الذي يعلوه، ولذلك فإن موجات الصوت تنحني بعيدًا عن سطح الأرض نحوالهواء الأكثر برودة حيث تكون سرعتها أقل. وينتج عن انحناء الموجات بهذه الكيفية ضعف الصوت قرب سطح الأرض. أما في الليل، فإن الهواء القريب من سطح الأرض ويكون هوالأكثر برودة، فتنحني موجات الصوت نحوالأرض، مما يمكِّن من سماع الصوت القريب من الأرض من مسافات أبعد.

الحُيُود

تنتشر موجات الصوت التي تنتقل بمحاذاة مبنى مبتعدة حول ركن المبنى. وعندما تمر موجات الصوت عبر الباب، تنتشر حول حافته. ويُسمَّى انتشار الموجات حول حافة عائق تمر به، أوعند مرورها خلال فتحة ما الحُيُود. ويحدث الحيود حدثا مرت موجات الصوت بعائق أوفتحة، ولكنه يصبح أوضح ماقد يكون إذا كان الطول الموجي للصوت طويلاً بالمقارنة مع حجم العائق أوالفتحة. ويُمكِّنك الحيود من سماع الصوت حول ركن، حتى في غياب مسار مستقيم من مصدر الصوت إلى أذنيك. انظر: الحيود.

الرنين

هوتقوية الصوت. ويحدث عندما تنتج قوة صغيرة متكررة اهتزازات أكبر وأكبر في جسم ما. ولكي يحدث الرنين، يلزم حتىقد يكون للقوة المتكررة المبذولة تردد يساوي تردد رنين الجسم. وتردد الرنين هوتقريبًا التردد الذي يهتز به الجسم طبيعيًا، إذا تعرض لاضطراب ما. وقد قيل إذا بعض المغنِّين في المسرحيات الغنائية يمكنهم حتى يحطموا كوبًا زجاجيًا بغناء نغمة ذات تردد مساوٍ لتردد رنين الكوب، حيث تكبر الاهتزازات التي تحدث في الكوب، ويكبر الرنين حتى ينكسر الكوب.

ومن الممكن إيضاح الرنين تجريبيًا بوساطة شوكة رنانة مهتزة، يمسك بها المرء فوق أنبوب مفتوح من ناحية ومغلق من الناحية الأخرى. فإذا كان طول الأنبوب ربع الطول الموجي للصوت الصادر عن الشوكة، فإن الموجات ستنتقل إلى أسفل الأنبوب وتنعكس من القاع. وفي هذه الحالة، تشكل الموجات المنعكسة مع الموجات الأصلية نمطًا موجيًا يظهر ساكنًا. وتسمى مثل هذه الأنماط الموجات الثابتة. وعندما تتكون الموجات الثابتة في الأنبوب،قد يكون عمود الهواء داخل الأنبوب في حالة رنين مع الشوكة الرنانة. وتجعل الموجات الثابتة في الأنبوب الهواء المحيط يهتز باتساع أكبر مما ينتج عنه صوت أكثر ارتفاعًا.

ويزيد الرنين من ازدياد الصوت الذي تحدثه الكثير من الآلات الموسيقية. فالآلات الهوائية، على سبيل المثال، تنتج الرنين بنفس كيفية الشوكة الرنانة والأنبوب. تنشأ الموجات الثابتة في عمود الهواء داخل الآلة، فتجعله في حالة رنين مع الاهتزازات عند فتحة الفم، مكبرًا بذلك صوت الآلة.

الضربات

عندما تصدر نبرتان بترددين مختلفتين اختلافًا طفيفًا في الوقت نفسه، فإن ما يسمعه المرءقد يكون صوتًا واحدًا يرتفع وينخفض على فترات منتظمة. وتسمى هذه التغيرات الدورية في ازدياد الصوت الضربات. وتنتج الضربات لأن موجات الصوت من النبرتين تتراكبان وتتداخلان. وينطق عن تداخل الموجات المشهجرة إنه تداخل بنّاء إذا تطابقت الضغوط مع الضغوط والتخلخلات مع التخلخلات. ففي هذه الحالة، تقوِّي الموجات بعضها بعضًا منتجة صوتًا أكثر ارتفاعًا. ويكون التداخل هدامًا إذا تطابقت الضغوط مع التخلخلات. وفي هذه الحالة يتلاشى الصوت أوقد يكون ضعيفًا. وبسبب الاختلاف الطفيف في التردد، تتعاقب فترات التداخل البناء والتداخل الهدام، فيرتفع الصوت ثم ينخفض، منتجًا الضربات.

يساوي عدد الضربات في الثانية، ويسمى تردد الضربات، الفرق بين تردديْ النبرتين. فعند صدور نبرة بتردد 256 هرتز، ونبرة بتردد 257 هرتز في الوقت ذاته، على سبيل المثال، يسمع المرء ضربة واحدة في جميع ثانية.

الجداول

${\displaystyle \vartheta$ is the temperature in °C

c is the speed of sound in m·s^-1

ρ is the density in kg·m^-3

Z is the characteristic acoustic impedance in N·s·m^-3 (Z=ρ·c)

Given normal atmospheric conditions, the temperature, and thus speed of sound, varies with altitude:

المصادر=

الموسوعة المعهدية الكاملة

أنظر أيضاُ

• Second sound
• Sound barrier
• SOFAR channel
• Underwater acoustics

وصلات خارجية

• Calculation: Speed of sound in air and the temperature
• Speed of sound - temperature matters, not air pressure
• Properties Of The U.S. Standard Atmosphere 1976
• The Speed of Sound at MathPages
• How to measure the speed of sound in a laboratory
• Speed of sound in water and water steam as function of pressure & temperature
• Teaching resource for 14-16yrs on sound including speed of sound
• Technical Guides - Speed of Sound in Pure Water
• Technical Guides - Speed of Sound in Sea-Water
• NewByte standard atmosphere calculator and speed converter
• Did sound once travel at light speed? - If the speed of sound was greater just after the big bang, it could solve a longstanding mystery over the universe's background temperature (New Scientist,تسعة April 2008)