Вычислите значение скорости звука в воздухе.

Скорость звука в воздухе определяется формулой Лапласа:

где р — давление; ρ — плотность воздуха; c_ν — теплоемкость воздуха при постоянном давлении; c_p — теплоемкость воздуха при постоянном объеме. Используя уравнение состояния газа, можно получить ряд зависимостей скорости звука от метеорологических параметров.

Скорость звука в сухом воздухе определяется по формуле с₀ = 20,1 √Т м/с, а во влажном воздухе с₀ = 20,1 √Т_В м/с, где Т_В = так называемая акустическая виртуальная температура, которая определяется по формуле Т_В = Т (1+ 0,275 е/р).

При изменении температуры воздуха на 1° скорость звука изменяется на 0,61 м/с. Скорость звука зависит от величины отношения е/р (отношение влажности к давлению), но эта зависимость мала, и, например, при упругости водяного пара менее 7мм пренебрежение ею дает ошибку в скорости звука, не превышающую 0,5 м/сек.

При нормальном давлении и Т = 273° (0 °С) скорость звука в сухом воздухе равна 331 м/сек. Во влажном воздухе скорость звука может быть определена по формуле с = 331 + 0,6t + 0,07е.

В диапазоне температур (t) от —20° до +30° эта формула дает ошибку в скорости звука не более ± 0,5 м/сек. Из приведенных формул видно, что скорость звука повышается с повышением температуры и влажности воздуха.

С высотой температура, упругость водяного пара и давление воздуха изменяются, следовательно, и скорость звука тоже. Рассмотрим изменение скорости звука с изменением температуры воздуха. Полагая, что изменение температуры с высотой происходит по линейному закону, т. е. T = T₀ – γh, получим выражение для скорости звука в сухом воздухе

где T₀ — температура воздуха у земной поверхности; γ — вертикальный градиент температуры.

Из этой формулы следует, что в обычных атмосферных условиях скорость звука с высотой уменьшается.

Наличие ветра в атмосфере вызывает дрейф звуковой волны, что создает впечатление смещения источника звука. Скорость звука в этом случае (c₁) определится выражением c₁ = c + U cos ω, где U— скорость ветра; ω — угол между направлением ветра в точке наблюдения и наблюдаемым направлением прихода звука.

Следовательно, наибольшая скорость звука отмечается в направлении ветра, а наименьшая — в противоположном направлении.

Дата добавления: 2015-09-05