Hljóðhraði

Bandarísk herþota brýtur hljóðmúrinn.

Hljóðhraði er hraði hljóðbylgja og er mjög háður því efni, sem hljóðið berst um og ástandi efnisins, t.d. hita. Hljóðhraði er venjulega táknaður með c, en þó er táknið v einnig notað og telst jafngilt. Hljóðhraði í gasi er mjög háður hita og gasþéttleika.

Oft þegar talað er um hljóðhraða er verið að tala um hraða hljóðs í lofti, en hann er um 344 m/s (1238 km/klst) við 21° hita. Þotur eða önnur farartæki sem ferðast með hljóðhraða eða hraðar eru sagðar hljóðfráar.

Ljóshraði í tómi er mesti hugsanlegi hraðinn, en hann er tæplega milljón sinnum meiri en hljóðhraði í lofti.

Um hljóðhraða

Hljóðhraða c í föstu efni eða vökva má reikna með eftirfarandi jöfnu:

$c=\sqrt{\frac{C}{\rho }}$

þar sem C er efnisstuðull og $\rho$ er eðlismassi. Almennt gildir að

$c=\sqrt{\frac{\partial p}{\partial \rho }}$

þar sem p er þrýstingur. Fyrir kjörgas gildir að

$c=\sqrt{\kappa RT}$

þar sem R er gasfasti, $\kappa$ er hlutfall varamrýmda gassins og T hiti.

Útreiknaður hljóðhraði í andrúmslofti

Hægt er að reikna út með töluverðri nákvæmni hraða hljóðs í andrúmslofti við 21°C (T) með fáum þekktum stærðum. Andrúmsloftið er að mestu samsett úr súrefnis- og köfnunarefnissameindum sem hafa fimm frelsisgráður (f) og hefur mólmassan 0.029 (M). Þá getum við reiknað hljóðhraðan í andrúmslofti við 21°C (eða 294 kelvín) svona þar sem R er gasfastinn:

$v=\sqrt{\frac{R\times (1+\frac{2}{f})\times T}{M}}=\sqrt{\frac{8,31\times (1+\frac{2}{5})\times 294}{0.029}}\approx 343\frac{m}{s}$