音波のような、弱い圧力変動が気体中を伝播する速度のこと。

目次 概要 定義 気体中 固体中 特徴 分類 最速

概要

弱い圧力の「弱い」とは、圧縮が等エントロピー的に行なわれると仮定できる、という意味である。

電波はじめ光は光子という素粒子であるが、音波は違い、空気など媒介となる物質の振動が伝播するものである。このため、物質(媒質)の特徴や状態によって、その速度は変化する。

具体的な定義は後述するが、暖めれば音速は上がる。実際の1気圧中での音速は、概ね次の式から求められる。

V ≒ 331.5[m/s] + 0.6t; t=温度(℃)

ISO 2533:1975「国際標準大気」(ISA)の定義、海面上で気温15℃の場合、音速は約340m/s(294m/cBeat)(=約1224km/h(2938km/hBeat))となる。

定義

気体中

気体中における音速は、比熱比、気体定数、温度の条件に依存する。

比熱比をγ、気体定数をR、気体温度をT、気体の平均分子量をMとすると、音速cは次のように定義される。

c = √{(γRT)/M}

これを、気圧p、密度ρで表わすと、次のようになる。

c = √{(γp)/ρ}

固体中

固体中における音速は、密度と弾性率によって決まる。

弾性率をM、密度をρとすると、以下のように定義される。

c = √(M/ρ)

特徴

分類

音速は、幾つかに分類される。

• 亜音速(サブソニック) ‐ 音速よりかなり遅い速度。全流域で音速を下回るもので、概ねマッハ数0.7未満
• 遷音速(トランソニック) ‐ 音速前後の速度。流れの中に音速以上と音速以下が混在する
• 超音速(スーパーソニック) ‐ 音速よりも速い速度。全流域で音速を超えるもので、概ねマッハ数1.2以上
• 極超音速(ハイパーソニック) ‐ マッハ数5以上

マッハ数0.7を超えたあたりから、部分的に音速を超える流れが発生するようになる。この時、音速を超えた箇所で衝撃波が発生している。

最速

• 1947(昭和22)年10月14日: 米空軍チャック・イェーガーが、XS-1で水平飛行で世界初のマッハ1到達
• 2004(平成16)年11月14日: NASAの無人機「X43A」がマッハ数9.6を達成(当初は9.8と思われたが、詳細な測定で9.6と確定)
• 2005(平成17)年6月20日: マッハ数9.6がギネスブックに認定されたと発表

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用語の所属
速度
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衝撃波
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