Công thức thực hành cho không khí khô Vận_tốc_âm_thanh

Tốc độ xấp xỉ của âm thanh trong không khí khô dựa trên đồ thị giữa tỉ lệ nhiệt dung (xanh lá cây) và chuỗi Taylor rút ngắn (đỏ).

Tốc độ xấp xỉ của âm thanh trong không khí khô (độ ẩm 0%), đơn vị mét trên giây, ở nhiệt độ gần 0 °C, có thể được tính từ

c a i r = ( 331.3 + 0.606 ⋅ ϑ )       m / s , {\displaystyle c_{\mathrm {air} }=(331.3+0.606\cdot \vartheta )~~~\mathrm {m/s} ,}

trong đó ϑ {\displaystyle \vartheta } là nhiệt độ Celsius (°C).

Phương trình này được suy ra từ hai số hạng đầu tiên trong chuỗi Taylor từ phương trình chính xác hơn ban đầu:

c a i r = 331 , 3   1 + ϑ 273 , 15         m / s . {\displaystyle c_{\mathrm {air} }=331,3~{\sqrt {1+{\frac {\vartheta }{273,15}}}}~~~~\mathrm {m/s} .}

Chia phần đầu tiên và nhân phần thứ hai ở vế phải cho √273,15 được

c a i r = 20 , 05   ϑ + 273 , 15         m / s . {\displaystyle c_{\mathrm {air} }=20,05~{\sqrt {\vartheta +273,15}}~~~~\mathrm {m/s} .}

Giá trị 331,3 m/s, ở nhiệt độ 0 °C (hoặc 273,15 K), là dựa trên giá trị của tỉ lệ nhiệt dung γ theo lý thuyết (và một vài tính toán), cũng như trên thực tế ở 1 atm không khi thật được mô tả xấp xỉ bằng khí lý tưởng. Giá trị phổ biến của tốc độ âm thanh ở 0 °C có thể thay đổi từ 331,2 đến 331,6 do do các giả định khi nó được tính toán. Nếu cho khí lý tưởng γ là đúng 7/5 = 1,4, tốc độ 0 °C được tính là 331,3 m/s, với các hệ số sử dụng bên trên.

Phương trình này đúng với phạm vi nhiệt độ rộng hơn nhiều, nhưng vẫn dựa trên tỉ lệ nhiệt dung xấp xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, và vì lý do này nó không đúng với nhiệt độ cao hơn. Nó đưa ra dự đoán tốt về các điều kiện tương đối khô, mát, lạnh, áp suất thất, ví dụ như tầng bình lưu của Trái Đất. Phương trình không đúng với áp xuất quá thấp và bước sóng ngắn, do sự phụ thuộc vào giả định là bước sóng của âm thanh trong khí lớn hơn nhiều quãng đường tự do trung bình giữa các va chạm phân tử khí.

Đồ thị so sánh kết quả của hai phương trình ở phía bên phải, sử dụng giá trị hơi khác là 331,5 m/s cho tốc độ âm thanh ở 0 °C.

Tài liệu tham khảo

WikiPedia: Vận_tốc_âm_thanh http://www.engineeringtoolbox.com/sound-speed-wate... http://mathpages.com/home/kmath109/kmath109.htm http://www.mathpages.com/home/kmath109/kmath109.ht... http://space.newscientist.com/article/mg19826504.2... http://www.pdas.com/atmos.html http://www.sengpielaudio.com/SpeedOfSoundPressure.... http://www.sengpielaudio.com/calculator-speedsound... http://www.thermaxxjackets.com/newton-laplace-equa... http://adsabs.harvard.edu/abs/1974ASAJ...56.1084D http://adsabs.harvard.edu/abs/1981ASAJ...70..801M