音速
物質の違いにあまり影響されず、おおむね 1000-1500 m/s の範囲に集中している。多くは高温ほど遅いが、水は74°Cまでは上昇し最高速を示す。また、水銀では周波数による差が知られており、高いほど速い。
液体中では、体積弾性率を K として、
c = K ρ {\displaystyle c={\sqrt {K \over {\rho }}}}
とされる。
小さな気泡を多数含む液体の音速は、両者の中間値にならず、より小さくなる。これは、質量の大きい液体が、体積弾性率の小さい気体をばねとして振動するためである。これはお湯に粉末を溶かしたときに発生する気泡によって容易に確かめることができる(ホットチョコレート効果)。
液体の密度をρw、体積弾性率を Kw、気体の密度を ρa、体積弾性率をKa、体積分率を α とすると、混合流体の音速は、
c = [ ( α K a + 1 − α K w ) ( α ρ a + ( 1 − α ) ρ w ) ] − 1 2 {\displaystyle c=\left[\left({\frac {\alpha }{K_{a}}}+{\frac {1-\alpha }{K_{w}}}\right)(\alpha \rho _{a}+(1-\alpha )\rho _{w})\right]^{-{\frac {1}{2}}}}
または Kw >> Ka 、ρw >> ρa と仮定し、α→0, 1 の場合を除く近似式として
c = K a α ( 1 − α ) ρ w {\displaystyle c={\sqrt {\frac {K_{a}}{\alpha (1-\alpha )\rho _{w}}}}}
で表される。液体を水、気体を空気とすると、音速の最小値は α= 0.5 のとき c = 23.7 m/s まで小さくなる。
音速(おんそく、英: speed of sound)とは、音が物質(媒質)中を伝わる速さのこと。
気体中では、音速は比熱比、平均分子量、温度に依存する。圧力はほとんど影響しない。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 は
c = κ R T M {\displaystyle c={\sqrt {\frac {\kappa RT}{M}}}}
と表される。なお、この関係から、音速測定によって気体定数を求めることもある。
もしくは、気圧 p [N/m] と密度 ρ [kg/m] を用いて
c = κ p ρ {\displaystyle c={\sqrt {\frac {\kappa p}{\rho }}}}
とも表せる。