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音速について


「音速は温度が高いと速く、温度が低いと遅い」この理由は何故でしょうか?

温度か関係するならば、空気密度も関係してると思うのですが、
「音速は絶対温度によってのみ決定する」のでしょうか?
また、これらは宇宙での音の伝わり方に関係していますか?

回答よろしくお願いします

A 回答 (4件)

音速は√(kRT)で表されます。


Rはガス定数、kは比熱比(Cp/Cv)です。
空気ではおおよそR=288J/(kgK)、k=1.399です。
気体分子は音速より少し速い速度で空間を飛び回っています。
一方向に限定して見た移動速度が音速と解釈するのがいいと思います。
この飛び回るのに必要な運動エネルギーが絶対温度によって決まります。
密度が高ければ隣接する分子や壁に衝突する頻度が多くなるから圧力は高くなりますが
飛び回る速度は変わりません。密度と圧力を維持するためには1つの分子が移動できる範囲に限界があります。
音は飛び回る分子に振動が加えられて移動する方向が変えられ玉突き衝突を起こすことで
伝わるので密度が高いと1つの分子の移動距離が短くなるだけで移動速度は変わらないということになります。だから音速は温度で決まることになります。

密度が関係していると思うのは分子間に自由度の少ない液体やさらに少ない固体の方が
音の伝わりが速いからだと思いますがこれは伝えるために必要な移動量がほとんどないからです。
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音速は温度に依存します。

公式は
V=331+0.6t(V:音速(m/s),t:温度(℃))
です。15℃のときの音速は
331+0.6×15=331+9=340(m/s)
です。

おまけ 光速cは3.0×10^8(m/s),すなわち秒速30万キロメートルです。これは1秒間に地球を7周半する計算になります(地球1周4万キロメートル)。
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こんにちは。



固体や液体ではなく、気体中の音速ということでよろしいでしょうか?

「音速は温度が高いと速く、温度が低いと遅い」
を具体化すると、音速は、気体の温度の平方根に比例します。
つまり、
音速 ∝ √温度
です。
ところが、温度はエネルギー、すなわち、分子の運動エネルギーを表します。
運動エネルギーは速さの2乗に比例します。
つまり、
音速 ∝ √(分子の運動の速さ)^2 ∝ 分子の運動の速さ
ということになります。

分子の速さがそのまま音速と比例して反映するということですね。

なお、No.1さんがおっしゃるとおり、宇宙空間にはほとんど気体がないので、
音は伝わりません。
ですから、スターウォーズなどの宇宙ものの映画で、音のある爆発シーンなんかを見ると、笑っちゃいますね。
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温度が高いほど、分子の活動活発になるので、早くなります



宇宙の音の伝わり方は、あまり関係が無いと思うのですが、

真空状態(何らかの気体、液体、固体の媒体が無い状態)では、音は伝わりません

この回答への補足

「空気の分子」ということでしょうか?

補足日時:2010/06/25 00:05
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