Tốc độ âm thanh

Tốc độ âm thanh được hiểu là sự lan truyền của sóng âm thanh trong một môi trường truyền âm nhất định. Vậy tốc độ âm thanh có vai trò như thế nào trong thực tiễn cuộc sống? Tốc độ ánh sáng và tốc độ âm thanh cái nào nhanh hơn? Trong từng môi trường, tốc độ âm thanh thay đổi như thế nào? Hãy theo chân chúng tôi để cùng tìm ra lời giải đáp cho những thắc mắc trên nhé.

Tìm hiểu chung về tốc độ âm thanh

Tốc độ âm thanh hay còn được gọi và vận tốc âm thanh và chúng có tên gọi tiếng anh Speed of sound. Tốc độ âm thanh được dùng để đo quãng đường mà âm thanh truyền qua một môi trường trong khoảng thời gian nhất định. Đơn vị được dùng để đo tốc độ âm thanh là ki –lô-mét trên giờ (km/h) hoặc mét trên giây (m/s).

Trong môi trường chân không thì tốc độ âm thành bằng 0. Bởi vì môi trường chân không không có bất kỳ các nguyên tử hay phân tử nào để làm đường dẫn truyền cho âm thanh.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh

Vận tốc âm thanh bị phụ thuộc vào như nhiệt độ, tần suất, áp suất và điều kiện môi trường,…

• Nhiệt độ: Nhiệt độ và tốc độ âm thanh có mối quan hệ tỷ lệ thuận với nhau. Theo đó, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ âm thanh cũng tăng theo. Và ngược lại khi nhiệt độ giảm thì tốc độ âm thanh cũng giảm theo.
• Tần số âm thanh: Khi tần số âm thanh càng cao thì tốc độ truyền âm thanh càng lớn và truyền được đi xa hơn.
• Độ ẩm: Mối quan hệ giữa độ ẩm và tốc độ âm thanh là mối quan hệ tỷ lệ nghịch. Khi đó, nếu độ ẩm tăng cao, thì các phân tử nước sẽ gây cản trở và làm giảm tốc độ âm thanh.
• Áp suất không khí: Khi áp suất không khí tăng cao, vận tốc âm thanh cũng tăng theo và ngược lại khi áp suất này giảm xuống thì tốc độ âm thanh cùng giảm.
• Mật độ môi trường: môi trường chất rắn sẽ có tốc độ truyền âm thanh cao nhất, sau đó là chất lỏng và cuối cùng là chất khí.

Tốc độ âm thanh là bao nhiêu m/s

• Trong điều kiện môi trường khí quyển, tại nhiệt độ phòng bình thường thì tốc độ âm thanh khoảng 343 m/s, hoặc 1235 km/h, hoặc 767 dặm trên giờ.
• Tại điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ( cụ thể là 20 độ C và áp suất 1 atm) thì tốc độ âm thanh trong không khí là 343 m/s hoặc khoảng 1125 feet trên giây.

Tuy nhiên thì các tốc độ âm thanh trên cũng có thể bị thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, áp suất, thậm chí là do tác động của các yếu tố khách quan bên ngoài.

Công thức tính tốc độ âm thanh

Để có thể tính được tốc độ âm thanh trong không khí, thì chúng ta áp dụng công thức sau: v = √(γ x R x T).

Trong đó:

• v: là ký hiệu của tốc độ âm thanh. Đơn vị đo vận tốc là m/s.
• γ: là tỷ số định lượng giữa nhiệt độ riêng của khí và áp suất riêng của không khí. Trong điều kiện tiêu chuẩn thì hằng số γ=1.4.
• R: biểu diễn cho hằng số khí lý tưởng. Thông thường tại điều kiện tiêu chuẩn thì R= 287 J/kgK.
• T: thể hiện nhiệt độ của không khí. Đơn vị đo nhiệt độ là Kelvin (K).

Ngoài ra, trong điều kiện môi trường nước, để tính được tốc độ âm thanh, chúng ta áp dụng công thức sau: v = √(K x P/ρ).

Trong đó:

• v: vận tốc âm thanh, có đơn vị đo là m/s.
• K: biểu diễn độ cứng thể tích của nước ( K=25 x 10^9 N/m^2).
• P: thể hiện áp suất nước. Đơn vị đo áp suất là Pascal.
• ρ : là khối lượng riêng của nước. Đơn vị đo khối lượng là kg/m^3.

So sánh tốc độ âm thanh và ánh sáng

• Sự khác biệt mà chúng ta có thể dễ dàng nhận ra nhất đó là âm thanh thì không thể truyền đi trong môi trường chân không. Trong khi đó, ánh sáng có thể chuyển động một cách dễ dàng trong môi trường này.
• Tốc độ ánh sáng thì sẽ liên quan đến photon. Còn vận tốc âm thanh thì liên quan đến mô đun đàn hồi của môi trường và đặc tính của môi trường đó.
• Ánh sáng là sóng điện từ ngang. Còn âm thanh là sóng cơ học dọc.
• Tốc độ ánh sáng là cơ sở cho các ứng dụng liên quan đến công nghệ laser, quang học. Còn tốc độ âm thanh thì được áp dụng trong các ngành hàng không, y tế, công nghiệp,…

Tốc độ âm thanh trong các môi trường

1. Tốc độ âm thanh trong không khí

Tốc độ âm thanh trong không khí được tính bằng khoảng cách mà âm thanh truyền đi trong một đơn vị thời gian nhất định. Tại điều kiện đạt chuẩn ( nhiệt độ: 25 độ C) thì vận tốc âm thanh trong không khí là khoảng 343 m/s hoặc 1238 km/h.

2. Tốc độ âm thanh trong nước

Tại điều kiện nhiệt độ 25 độ C và độ mặn trung bình, tốc độ âm thanh trong nước là 1498 m/s hoặc 5395 km/h. Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng tốc độ âm thanh trong môi trường nước nhanh hơn rất nhiều so với không khí.

3. Tốc độ âm thanh trong môi trường chất rắn

Do có mật độ môi trường dày hơn chất lỏng và khí nên tốc độ âm thanh trong chất rắn sẽ có khả năng truyền tốt hơn. Một số ví dụ cụ thể về tốc độ âm thanh trong môi trường chất rắn bao gồm:

• Đối với các kim loại hoặc đá, thì tốc độ âm thanh sẽ dao động từ 2000 cho đến 6000 m/s.
• Đối với vật liệu gỗ thì vận tốc âm thanh sẽ dao động trong khoảng từ 2000 đến 4000 m/s.
• Đối với các bê tông thì tốc độ âm thanh sẽ dao động từ 3000 cho đến 4500 m/s.

Ứng dụng của tốc độ âm thanh

• Ngành khoa học vật liệu: vận tốc âm thanh được dùng để đo các tính chất cơ học của vật liệu rắn.
• Lĩnh vực y học: được dùng để tạo ra hình ảnh siêu âm cho các cơ quan và mô trong cơ thể con người. Từ đó, có thể chẩn đoán, đánh giá được tình trạng sức khỏe của chúng ta.
• Thiết bị âm thanh: ví dụ như micro, loa, tai, nghe, tốc độ âm thanh sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng của các thiết bị này.
• Hệ thống âm thanh: giúp xử lý tín hiệu, điều chỉnh độ trễ âm, chỉnh pha, giúp đem đến những giai điệu chất lượng.
• Trong ngành công nghiệp: tốc độ âm thanh được dùng để đo sóng âm phản hồi. Từ đó, người sử dụng có thể đánh giá chính xác về tình trạng hoạt động trong các hệ thống hơi, đồng thời tính được khoảng cách giữa các vật liệu với nhau,…
• Ngành hàng không: dựa vào sự phản hồi của các sóng âm, tốc độ âm thanh giúp phát hiện ra các vấn đề, sự cố một cách nhanh chóng, kịp thời. Điều này giúp đảm bảo được sự ổn định và an toàn cho các chuyến bay.

Âm thanh là gì

Âm thanh là một hiện tượng vật lý được tạo ra bởi các sóng cơ học, làm rung các vật chất trong môi trường xung quanh. Và chính sự rung động đó sẽ được lan truyền qua một môi trường trung gian , rồi truyền đến tai người nghe. Nguồn gốc của âm thanh được tạo ra từ giọng nói, nhạc cụ, động vật, thiết bị máy móc, phương tiện giao thông, hiện tượng tự nhiên như mưa, sấm,…

Âm thanh được đánh giá bởi tần số ( cao độ), cường độ (độ lớn) và độ dài sóng âm.

• Tần số âm thanh được hiểu là số lần dao động của một sóng âm. Đơn vị được sử dụng để đo tần số âm là Hezt (Hz). Khi đơn vị này có giá trị càng lớn thì âm thanh có tần số càng cao. Tần số âm cao thường được nghe dưới dạng các âm bổng như tiếng chim hót. Trong khi tần số âm thấp thì có âm trầm như tiếng sấm sét. Ngoài ra thì tần số âm thanh mà con người có thể nghe thấy sẽ dao động trong khoảng từ 20hz đến 20.000hz.
• Cường độ âm thanh là năng lượng được sóng âm truyền đi trong một đơn vị thời gian tại một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm. Đơn vị được sử dụng để đo cường độ âm thanh là decibel (dB). Với những cường độ âm thanh có độ lớn trên 100 dB thì sẽ rất dễ gây hại cho tai người nghe. Mức cường độ âm thanh được cho là đem lại sự an toàn cho tai người nghe đó là dưới 80 dB.
• Độ dài sóng âm: thường được đo bằng đơn vị mét. Tuy nhiên thì chúng cũng được đo bằng các đơn vị khác tùy thuộc vào môi trường truyền tải âm thanh.

Vai trò của âm thanh và tốc độ âm thanh trong thực tiễn đời sống

Âm thanh là một công cụ, phương tiện đóng vai trò quan trọng trong thực tiễn cuộc sống. Cụ thể:

• Công cụ giao tiếp: Âm thanh được sử dụng thông qua ngôn ngữ, giao tiếp hàng ngày. Nhờ vậy, chúng ta có thể dễ dàng truyền đạt thông tin trong học tập, công việc và ngay cả trong cuộc sống sinh hoạt. Ngoài ra, âm thanh cũng giúp chúng ta thuận tiện hơn trong việc tiếp cận các thông tin, tin tức hàng ngày thông qua các phương tiện truyền thông tại chúng như loa, đài, ti vi, điện thoại,…
• Tín hiệu cảnh báo: Trong các thời kỳ trước, con người chúng ta đã biết sử dụng tù và, kèn, trống để làm tín hiệu thông báo về những nguy hiểm hay dùng để tập trung, tụ họp mọi người lại. Cùng với sự phát triển của thời gian, thì những âm thanh này đã được cải thiện hơn để đưa ra tín hiệu thông báo thông qua các thiết bị chuông báo cháy, còi báo hiệu,…
• Công cụ thể hiện cảm xúc: cảm xúc của con người cũng được thể hiện thông qua tone giọng. Điều này khiến cho cuộc sống của chúng ta giàu cảm xúc và ý nghĩa hơn.
• Biện pháp thư giãn: thông qua âm thanh tiếng chim hót, bản nhạc,..âm thanh giúp chúng ta cảm thấy thư giãn hơn sau những áp lực căng thẳng từ cuộc sống.
• Sáng tạo nghệ thuật: các âm thanh có giai điệu cụ thể thì được gọi là âm nhạc. Âm nhạc giúp gắn kết con người chúng ta lại gần với nhau hơn. Đồng thời, thông qua âm nhạc, chúng ta có thể cảm nhận, giãi bày được nhiều cung bậc cảm xúc khác nhau. Hơn nữa, chúng cũng được coi như là một liều thuốc tinh thần giúp xua tan đi mọi căng thẳng, áp lực trong cuộc sống.

Vai trò của tốc độ âm thanh trong thực tiễn đời sống:

• Vận tốc âm thanh giúp chúng ta có thể tính toán được khoảng cách và thời gian giữa các sự kiện diễn ra trong một môi trường nhất định.
• Trong ngành y tế: tốc độ âm thanh có thể được sử dụng giúp các bác sĩ chẩn đoán, đánh giá được tình trạng sức khỏe của bệnh nhân.
• Trong ngành khoa học vật lý: giúp nghiên cứu được các tính chất của chất lỏng, rắn, khí.

Tuy nhiên, bên cạnh những tác động tích cực thì tốc độ âm thành cũng mang lại những tiêu cực cho cuộc sống của chúng ta. Ví dụ như, nếu phải làm việc tại điều kiện môi trường ồn ào, trong thời gian dài thì rất có thể làm ảnh hửng đến thính giác cũng như các dây thần kinh của con người. Chính vì vậy, các âm thanh trong môi trường sống cần được kiểm soát một cách hiệu quả để đảm bảo sức khỏe chung cho chúng ta.

Vai trò của tốc độ âm thanh trong ngành van công nghiệp

Trong ngành van công nghiệp, tốc độ âm thanh có thể làm ảnh hưởng gián tiếp đến hoạt động của thiết bị.

Như chúng ta đã biết, thì van công nghiệp được sử dụng để kiểm soát, điều tiết lưu lượng dòng chảy chất bên trong các hệ thống. Một số dòng van công nghiệp phổ biến có thể kể đến như van bướm, van bi, van cầu, van cổng,…Trong quá trình các thiết bị này vận hành, chúng có thể phát ra một số âm thanh bởi sự tiếp xúc, ma sát của bề mặt van và đường ống hoặc tốc độ dòng chảy đi qua van cao,…

Tuy nhiên, thì tốc độ âm thanh sẽ không làm ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của thiết bị. Mà những yếu tố sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của van bao gồm áp suất, lưu lượng, nhiệt độ,…Vậy nên, để đảm bảo thiết bị vận hành ổn định, hiệu quả, thì các yếu tố trên cần được kiểm soát tốt, ngăn chặn tình trạng rò rỉ, phát ra tiếng ồn.

Kết luận

Trên đây là những điều mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn về tốc độ âm thanh. Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi cung cấp trong bài viết này sẽ giúp bạn có thêm kiến thức bổ ích về tốc độ âm thanh cũng như những ứng dụng thực tiễn của chúng.

Nếu quý khách có bất kỳ thắc mắc hay ý kiến phản hồi, đóng góp thì vui lòng liên hệ trực tiếp tới chúng tôi thông qua số Hotline của công ty. Xin cảm ơn quý bạn đọc đã dành thời gian theo dõi bài viết của chúng tôi.