Rychlost zvuku v kapalinách

Rychlost zvuku v kapalinách

Tabulka uvádí rychlost zvuku ve vybraných kapalinách. Hodnoty slouží jako orientační přehled a mohou se lišit podle teploty, tlaku, čistoty kapaliny a u mořské vody také podle salinity.

Rychlost zvuku v kapalinách je obvykle vyšší než ve vzduchu (cca 343 m·s⁻¹ při 20 °C), ale u běžných kovů a minerálů bývá nižší než v pevných látkách. Ve vodě se zvuk šíří rychlostí přibližně 1481 m·s⁻¹ při 20 °C – asi 4,3× rychleji než ve vzduchu.

Rychlost zvuku v kapalině závisí hlavně na izentropickém modulu objemové pružnosti K a hustotě ρ kapaliny podle Newtonova–Laplaceova vztahu:

v = √(K / ρ)

Izentropický modul je důležitý proto, že zvuková vlna je rychlá tlaková změna. Čím je kapalina méně stlačitelná, tím větší má modul pružnosti a tím rychleji se v ní zvuk šíří.

Jak tabulku používat

Hodnoty v tabulce porovnávejte vždy s uvedenou teplotou. U čisté vody rychlost v běžném rozsahu od 0 °C do několika desítek stupňů roste; při vyšších teplotách má kapalná voda maximum a závislost už není jednoduchá lineární přímka. U technických kapalin mohou hodnotu změnit příměsi, rozpuštěné plyny, nečistoty i tlak.

U mořské vody je hodnota kolem 1500 m·s⁻¹ pouze orientační. V oceánografii se rychlost zvuku počítá z teploty, salinity a tlaku, tedy z hloubky. Tyto změny vytvářejí v oceánu vrstvy, ve kterých se zvuk ohýbá a může se šířit na velké vzdálenosti.

Zdroje:

Čmelík, M., Machonský, L., Šíma, Z. Fyzikální tabulky. Liberec: TU Liberec, 2001.

[3] Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1988.

[9]

Doplňkové zdroje: NIST Chemistry WebBook – Thermophysical Properties of Fluid Systems; Engineering ToolBox – Speed of Sound in Water; NOAA – Oceanographic and acoustic data.

Rychlost zvuku v jiných prostředích

Pro porovnání s jinými skupenstvími viz související tabulky:

• Rychlost zvuku ve vzduchu – přibližně 343 m·s⁻¹ při 20 °C
• Rychlost zvuku v pevných látkách – v oceli cca 5 000 m·s⁻¹
• Rychlost zvuku v plynech
• Převody rychlosti

V praxi

Rozdílné rychlosti zvuku v různých prostředích mají řadu praktických důsledků:

• Sonar a podvodní navigace: Zvuk se ve vodě šíří přibližně 4× rychleji než ve vzduchu a v mnoha situacích je pro podvodní komunikaci praktičtější než elektromagnetické vlny. Dosah sonaru může být od metrů po mnoho kilometrů podle frekvence, výkonu, šumu, teplotního profilu a slanosti vody.
• Lékařská ultrasonografie: Ultrazvukové přístroje obvykle počítají s rychlostí zvuku v měkkých tkáních kolem 1540 m·s⁻¹. Přesnost ovlivňuje složení tkáně, například podíl vody, tuku a svalové hmoty.
• Mořská akustika: V oceánech může vznikat vrstva minimální rychlosti zvuku, tzv. kanál SOFAR. Jeho hloubka není stálá; závisí na zeměpisné šířce, teplotním profilu, salinitě a tlaku.
• Průmyslová defektoskopie: Kapalina často slouží jako vazební prostředí mezi ultrazvukovou sondou a pevnou součástí. Správně zvolená rychlost zvuku je důležitá pro výpočet vzdálenosti odrazů.

Časté otázky

Jaká je rychlost zvuku ve vodě v m/s?

Rychlost zvuku v destilované vodě je při 20 °C přibližně 1481 m·s⁻¹, při 25 °C přibližně 1497 m·s⁻¹. V mořské vodě se často používá orientační hodnota kolem 1500 m·s⁻¹, ale přesná hodnota závisí na teplotě, salinitě a tlaku.

Proč se zvuk šíří ve vodě rychleji než ve vzduchu?

Rychlost zvuku závisí na izentropickém modulu objemové pružnosti K a hustotě ρ prostředí: v = √(K / ρ). Voda je sice hustší než vzduch, ale je mnohem méně stlačitelná. Výsledkem je přibližně čtyřikrát vyšší rychlost šíření zvuku než ve vzduchu.

Jak závisí rychlost zvuku ve vodě na teplotě?

V běžném rozsahu od 0 °C do několika desítek stupňů Celsia rychlost zvuku ve vodě roste. Při 20 °C je přibližně 1481 m·s⁻¹, při 25 °C přibližně 1497 m·s⁻¹. Při vyšších teplotách má kapalná voda maximum a závislost už není prosté „čím teplejší, tím rychlejší“.

Jaká je rychlost zvuku v mořské vodě?

V mořské vodě se často používá orientační hodnota kolem 1500 m·s⁻¹. Přesnější hodnota se počítá z teploty, salinity a tlaku, tedy z hloubky. Vyšší tlak a slanost rychlost zpravidla zvyšují.

Jaká je rychlost zvuku v m/s pro běžné kapaliny?

Orientační hodnoty při uvedených teplotách: destilovaná voda 1481 m·s⁻¹ při 20 °C, mořská voda asi 1500 m·s⁻¹, rtuť 1450 m·s⁻¹ při 25 °C, ethanol 1207 m·s⁻¹ při 25 °C, methanol 1103 m·s⁻¹ při 25 °C, aceton 1174 m·s⁻¹ při 25 °C a benzín 1170 m·s⁻¹ při 20 °C.