آخر تحديث: 2026-06-15

سرعة الصوت في الهواء

الصوت موجة ميكانيكية — سلسلة من التقلبات الضغطية تنتشر في وسط ما بدفع الجزيئات المجاورة نحو بعضها ثم إبعادها. في غاز كالهواء، تعتمد سرعة انتشار هذه الموجة على سرعة انتقال الزخم بين الجزيئات، وهو ما تحدده في المقام الأول درجة الحرارة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، تحركت الجزيئات بسرعة أكبر وتقدمت موجة الضغط بوتيرة أسرع.

تُعطي هذه الأداة سرعة الصوت في الهواء الجاف لأي درجة حرارة تفوق الصفر المطلق.

كيف تتحكم درجة الحرارة في السرعة

تُقدم النظرية الحركية للغازات علاقة دقيقة بين سرعة الصوت $v$ ودرجة الحرارة المطلقة $T$ (بالكلفن):

$v = 331.3 \cdot \sqrt{\frac{T}{273.15}} \quad \text{m/s}$

الثابت 331.3 m/s هو السرعة المقاسة عند 0 °C (273.15 K). قرب درجة حرارة الغرفة تُقرَّب المعادلة الجذرية جيدًا بالقاعدة الخطية الأبسط:

$v \approx 331.3 + 0.6 \cdot T_{\!\circ\text{C}} \quad \text{m/s}$

أي أن السرعة ترتفع بنحو 0.6 m/s لكل درجة مئوية. تستخدم الحاسبة المعادلة الجذرية الدقيقة للحصول على نتائج صحيحة على النطاق الكامل من درجات الحرارة.

جدول المعادلة

مثال تطبيقي

ما سرعة الصوت في يوم صيفي دافئ عند 35 °C؟

تحويل إلى كلفن: $T = 35 + 273.15 = 308.15\ \text{K}$.

$v = 331.3 \cdot \sqrt{\frac{308.15}{273.15}} = 331.3 \cdot \sqrt{1.1282} = 331.3 \times 1.0622 \approx 351.9\ \text{m/s}$

هذا ما يعادل تقريبًا 1,267 km/h (787 mph). مقارنةً بذلك، عند 20 °C تكون السرعة:

$v = 331.3 \cdot \sqrt{\frac{293.15}{273.15}} \approx 343.2\ \text{m/s}$

— ارتفاع بنحو 9 m/s بين 20 °C و35 °C، وهو ما يتوافق مع قاعدة الإبهام البالغة 0.6 m/s لكل درجة مئوية.

السياق العملي

يُعرَّف عدد ماخ بوصفه نسبة سرعة جسم ما إلى السرعة المحلية للصوت. عند مستوى سطح البحر في يوم معياري (15 °C) تبلغ سرعة الصوت نحو 340 m/s (1,225 km/h)، لذا يقابل ماخ 1 ما يقارب 1,225 km/h. على الارتفاعات العالية حيث يكون الهواء أبرد تكون سرعة الصوت أقل ويقابل ماخ 1 سرعة مختلفة في الهواء — وهو اعتبار مهم في الطيران.

للرطوبة تأثير موجب ضئيل على سرعة الصوت (بخار الماء أخف من خليط النيتروجين والأكسجين الذي يحل محله)، غير أن التأثير يقل عن 1 m/s في الظروف المعتادة ولا تشمله هذه الأداة.

القيود

تنطبق هذه المعادلة على الهواء الجاف. للغازات الأخرى قيم مختلفة لنسبة السعات الحرارية $\gamma$ والكتلة المولية $M$، لذا تختلف معادلاتها. ينتشر الصوت أيضًا بسرعة أكبر بكثير في السوائل والمواد الصلبة: نحو 1,480 m/s في الماء و5,100 m/s في الفولاذ. لتلك الوسائط تُستخدم معادلة منفصلة تستند إلى معامل الضغط الحجمي أو معامل يونغ.