Скорость звука
В воздухе при 20 °C звук идёт 343 метра в секунду, на морозе −20 °C уже 319, а в стали — почти шесть километров в секунду. Калькулятор считает скорость по температуре и среде, переводит её в число Маха и показывает, за сколько звук покроет нужное расстояние.
Скорость звука в разных средах
Скорость растёт с жёсткостью среды и падает с плотностью: c = √(K / ρ). Поэтому в стали звук быстрее, чем в воде, а в воде быстрее, чем в воздухе.
| Среда | м/с | км/ч | Условия |
|---|
Скорость звука в воздухе по температуре
| Температура | м/с | км/ч | Километр за | Где так бывает |
|---|
От чего зависит скорость звука и как её считает инструмент
Звук — это волна давления, и её скорость задаёт среда: громкость и высота тона на неё никак не влияют. В воздухе при двадцати градусах она равна 343 метрам в секунду, на морозе падает до 319, в воде поднимается до 1 482, в стали доходит почти до шести километров в секунду. Калькулятор считает скорость по температуре для воздуха, берёт справочные значения для семнадцати сред и переводит результат в число Маха.
Для воздуха используется формула c = 331,3 · √(1 + t / 273,15) метров в секунду, где t — температура по Цельсию. Вблизи комнатных значений она почти прямая: каждый градус добавляет около 0,6 метра в секунду. Из той же скорости считаются задержка звука на расстоянии и расстояние до грозы по паузе между вспышкой и раскатом. Отдельная таблица показывает, как скорость меняется в диапазоне от сорока градусов мороза до сорока градусов жары: разница доходит до сорока пяти метров в секунду, и на длинной дистанции это уже заметная поправка.
| Среда | Скорость | Во сколько раз быстрее воздуха |
|---|---|---|
| Воздух при +20 °C | 343 м/с | 1 |
| Вода пресная | 1 482 м/с | 4,3 |
| Лёд | 3 200 м/с | 9,3 |
| Сталь | 5 900 м/с | 17 |
| Алюминий | 6 420 м/с | 19 |
История: от выстрела с колокольни до Bell X-1
Первым скорость звука попробовал измерить француз Марен Мерсенн около 1636 года: он засекал время между выстрелом и звуком на известном расстоянии и получил величину, завышенную примерно на треть. Точнее вышло у англичанина Уильяма Дерхема в 1709 году — он наблюдал в телескоп вспышку выстрела с колокольни и получил значение, близкое к нынешнему.
Теорию предложил Исаак Ньютон в «Началах» 1687 года, но его результат оказался процентов на пятнадцать ниже измеренного. Причину нашёл Пьер-Симон Лаплас в 1816 году: Ньютон считал сжатие воздуха изотермическим, тогда как звуковая волна сжимает и разрежает газ слишком быстро для выравнивания температуры. Поправка на адиабатический процесс свела теорию с опытом.
В 1887 году Эрнст Мах сфотографировал ударную волну летящей пули и ввёл отношение скорости тела к скорости звука, которое теперь носит его имя. Шестьдесят лет спустя, 14 октября 1947 года, Чак Йегер на самолёте Bell X-1 первым в управляемом полёте прошёл этот рубеж.
Как пользоваться числом Маха и считать расстояние до грозы
Для воздуха задайте температуру ползунком: результат пересчитывается сразу, и видно, как звук замедляется на морозе. Поле скорости объекта переводит километры в час в число Маха при той же температуре — из-за этого одна и та же путевая скорость на высоте десять километров даёт большее число Маха, чем у земли, там холоднее на полсотни градусов.
Задержку звука удобно считать для практики: концерт на открытой площадке, эхо от стены, расстояние до грозы. Правило «секунды делить на три» даёт километры с погрешностью около двух процентов при летней температуре. Влажность влияет слабо, около 0,7 метра в секунду при переходе от сухого воздуха к насыщенному, а вот ветер сдвигает результат заметнее и делает счёт до грозы приблизительным. Для сред плотнее воздуха температурная поправка в калькуляторе отключается: у воды, металлов и стекла разброс значений зависит от состава и формы образца сильнее, чем от градусов, поэтому там стоят справочные величины с указанием условий. Рядом лежат конвертер скорости и калькулятор децибел.
| Воздух, +20 °C | 343 м/с |
| Воздух, 0 °C | 331,3 м/с |
| Прибавка на градус | около 0,6 м/с |
| Вода, +20 °C | 1 482 м/с |
| Сталь | 5 900 м/с |
| Сред в справочнике | 17 |
| Первое измерение | 1636 год |
| Звуковой барьер пройден | 1947 год |
Как пользоваться
- Для воздуха задайте температуру: она меняет скорость сильнее всего.
- Метры в секунду, километры в час и время прохождения километра.
- Введите скорость объекта — калькулятор покажет, какая это доля от скорости звука.
- Задержка между вспышкой и громом даёт расстояние до грозы.
Частые вопросы
Почему скорость звука зависит от температуры
Звук передаётся столкновениями молекул. С нагревом молекулы движутся быстрее, возмущение передаётся быстрее, и скорость растёт. Для воздуха связь описывается формулой c = 331,3 · √(1 + t/273,15) м/с, где t — температура в градусах Цельсия. Вблизи комнатных значений это почти прямая: каждый градус добавляет около 0,6 м/с.
Зависит ли скорость звука от давления и высоты
От давления сама по себе почти нет: в формуле стоит температура. Но с высотой воздух холоднее, поэтому звук замедляется: у земли при 15 °C это 340 м/с, на высоте 10 километров при −50 °C — около 299 м/с. Именно из-за этого число Маха у самолёта на эшелоне достигается на меньшей путевой скорости.
Почему в воде и металле звук быстрее, чем в воздухе
Скорость зависит от упругости среды и её плотности: c = √(K/ρ). Вода плотнее воздуха примерно в 800 раз, но её модуль упругости больше в десятки тысяч раз, и звук разгоняется до 1 482 м/с. В стали жёсткость ещё выше — около 5 900 м/с в объёме материала. Поэтому приложенное к рельсу ухо слышит поезд раньше.
Как посчитать расстояние до грозы
Свет доходит мгновенно, звук идёт со своей скоростью. Засеките секунды между вспышкой и раскатом и умножьте на скорость звука: три секунды при +20 °C дают чуть больше километра. Простое правило «секунды делить на три» даёт расстояние в километрах с погрешностью около двух процентов.
Что такое число Маха
Это отношение скорости объекта к скорости звука в той же среде при той же температуре. Мах 1 — скорость звука, Мах 2 — вдвое быстрее. Единица названа в честь Эрнста Маха, изучавшего сверхзвуковые ударные волны в 1880-х годах. Из-за зависимости от температуры одна и та же путевая скорость на разной высоте даёт разное число Маха.
Что происходит при переходе звукового барьера
Волны давления перестают убегать вперёд от объекта и складываются в ударную волну — конус, который слышен на земле как хлопок. Первым в управляемом полёте барьер преодолел Чак Йегер 14 октября 1947 года на самолёте Bell X-1. Хлопок сопровождает объект всё время сверхзвукового полёта и слышен внизу по мере того, как конус ударной волны проходит над наблюдателем.
Влияет ли влажность воздуха
Влияет слабо. Водяной пар легче азота и кислорода, поэтому влажный воздух чуть менее плотный и звук в нём быстрее: при +20 °C переход от сухого воздуха к стопроцентной влажности добавляет около 0,7 м/с, то есть примерно два десятых процента. Ветер сдвигает результат заметнее.
Похожие инструменты
Любое число до триллиона во всех падежах: количественное, порядковое в четырёх формах, собирательное, согласование с существительным вроде «двадцати одного рубля» — по правилам без словаря.
ОткрытьКалькулятор оценокСредний балл с весами работ, «сколько нужно пятёрок», качество знаний и степень обученности класса.
ОткрытьКалькулятор средних и разбросаСреднее, медиана, мода, квартили и стандартное отклонение по совокупности и по выборке. Отдельно показывает выбросы за границами полутора межквартильных размахов.
ОткрытьТаблица МенделееваИнтерактивная периодическая система: 118 элементов с атомными массами по данным IUPAC, поиск по названию и символу, группы и категории.
ОткрытьПеревод баллов ЕГЭПервичные баллы во вторичные по официальной шкале Рособрнадзора на 2026 год: двенадцать предметов, обратный пересчёт, пороги для аттестата и для вуза.
ОткрытьРимские цифрыПеревод числа в римскую запись и обратно, дата римскими цифрами, проверка записи на ошибки и таблицы от 1 до 20, годы и века.
ОткрытьЕщё инструменты для математики
Проценты и пропорции, дроби, степени и корни, логарифмы, НОД и НОК, уравнения, средние и разброс, площади фигур — в разделе 47 инструментов.