音速

出典: Wikipedio


音速(おんそく、speed of sound)は、物質(媒質)中を伝わる速さのこと。sonicは「の」「音波の」(転じて)「音速の」という意味を表すが、本来は音速そのものを表す英語ではないので注意が必要である。

物質の種類や状態(固体液体気体)、温度気圧などによってその速さは異なる。国際標準大気(ISA)では海面上で気温15℃での音速は約 340 m/s ( = 1225 km/h)である。

ちなみに 1 気圧中の音速の計算方法は 331.5 + 0.61tt摂氏温度)である。これは以下に示される気体中の音速の式の摂氏0度における接線をとった近似式である。

目次

定義

気体

気体において、音速は比熱比気体定数、温度に依存する。 ここで κ を気体の比熱比、R を気体定数、T を気体温度、Mを気体の平均分子量とすると音速 c

<math>c = \sqrt{\frac{\kappa RT}{M}}</math>

と表される。 もしくは、気圧 p [N/m2] と密度 ρ [kg/m3] を用いて

<math>c = \sqrt{\frac{\kappa p} {\rho}}</math>

とも表せる。

固体

固体においては、弾性率M とすると通常、

<math> c = \sqrt{ {M \over {\rho}} } </math>

となる。媒質としての固体が等方的で無限に広がっているとすると、固体中の音速は縦波のものと、横波のものが存在する。それぞれの音速は、縦波のものを cl 、横波のものを ct とすると、

<math> c_l = \sqrt{ {E \over {\rho}} } </math> <math> c_t = \sqrt{ {G \over {\rho}} } </math>

となる。E が縦波に対する弾性率、G が剛性率である。

分類

マッハ数0.75以下。
  • 遷音速:トランソニック (transonic speed)
マッハ数0.75〜1.25。ジェット旅客機は950〜1100 km/hで巡航飛行する。
マッハ数1.2〜5.0。
マッハ数5.0以上。

音速飛行の記録

  • 1947年10月14日に公式記録としてチャック・イェーガーが世界で初めて有人の航空機「X-1」が音速を超えた。
  • 2004年3月27日に空気取込み式(エア・ブリージング)エンジン搭載の無人実験機「X-43A」がマッハ7 (7,700 km/h) を記録。
  • 2004年11月14日、同じくX-43Aがマッハ9.8 (11,199.6 km/h) を記録。

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