湿度は音速にどのように影響しますか?

夜空で稲妻がちらつくのを見て、それが何秒かかったかを数えたことがあれば 雷が耳に届くためには、光がより速く伝わることがすでにわかっています 音。 それは、音がゆっくりと伝わるという意味でもありません。 室温では、音波は毎秒300メートル以上(毎秒1,000フィート以上)で伝わっています。 空気中の音速は、湿度などのいくつかの要因によって異なります。

空気分子が空間を横切って気を配り、隣人に衝突して、ゴムボールのように互いに跳ね返るのを想像してみてください。 2番目の分子は、別の分子と衝突するまで急いで飛び出します。 これらの衝突のそれぞれは、最初の分子から2番目の分子にエネルギーを転送します。 これが音波の伝わり方です。声帯の振動などの外乱によって空気分子が強制的に動かされます。 喉の中で、衝突はそのエネルギーを最初の空気分子のセットから隣の分子に転送します。 外向き。 最終的に、波はエネルギーを伝達しますが、問題ではありません。つまり、空気分子自体ではなく、進行中の外乱です。

音速とは、音波や外乱が発生した場所から耳に届くまでにかかる時間のことです。 音波の速度は、波が伝わる媒体または材料によって決まります。 たとえば、同じ波がヘリウムでは空気中よりも速く進みます。 各材料には、音の伝達速度を決定する2つの特性があります。密度と剛性または弾性率です。

空気の「剛性」またはその弾性率は、湿度によって変化しません。 ただし、密度はそうです。 湿度が上がると、水分子である空気分子の割合も増えます。 水分子は、酸素、窒素、二酸化炭素の分子よりもはるかに質量が小さいため、 水蒸気で構成されている空気の割合、単位体積あたりの質量が少なく、空気の密度が低い になります。 密度が低いと音波の伝わりが速くなるため、高湿度では音波の伝わりが速くなります。 ただし、速度の増加は非常に小さいため、ほとんどの日常的な目的では無視できます。 たとえば、海面の室温の空気では、湿度が0%(完全に乾燥した空気)の場合よりも、湿度が100%(非常に湿度の高い空気)の場合の方が約0.35%速く音が伝わります。

湿度が音速に与える影響は、高地で経験するような低気圧ではわずかに大きくなります。 たとえば、海抜約6,000メートル(20,000フィート)では、音速の差があります。 湿度0%の室温の乾燥空気と湿度100%の同じ空気では約0.7です。 パーセント。 温度の上昇は、空気中の音速に対する湿度の影響も拡大しますが、ここでも上昇は比較的穏やかです。

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