Hoe beïnvloedt vochtigheid de geluidssnelheid?

Als je ooit bliksem hebt zien flikkeren aan de nachtelijke hemel en dan hebt geteld hoeveel seconden het duurde om de donder je oren te laten bereiken, weet je al dat licht veel sneller reist dan geluid. Dat betekent niet dat geluid ook langzaam reist; bij kamertemperatuur reist een geluidsgolf met meer dan 300 meter per seconde (meer dan 1.000 voet per seconde). De geluidssnelheid in lucht varieert afhankelijk van verschillende factoren, waaronder vochtigheid.

Stel je een luchtmolecuul voor dat door de ruimte vliegt en tegen een buurman botst, zodat ze op elkaar stuiteren als een paar rubberen ballen. Het tweede molecuul snelt nu weg totdat het botst met een ander, enzovoort. Elk van deze botsingen brengt energie over van het eerste molecuul naar het tweede. Dit is hoe geluidsgolven zich voortplanten: luchtmoleculen worden in beweging gebracht door een verstoring zoals de trilling van de stembanden in je keel, en botsingen dragen die energie over van de eerste set luchtmoleculen naar hun buren enzovoort and naar buiten. Uiteindelijk draagt ​​de golf energie over maar doet er niet toe, wat betekent dat het de verstoring is die zich voortplant in plaats van de luchtmoleculen zelf.

Als je het hebt over de snelheid van het geluid, dan heb je het over hoeveel tijd het duurt voordat de geluidsgolf of storing van de plaats waar het begon naar je oor gaat. De snelheid van een geluidsgolf wordt bepaald door het medium of materiaal waardoor de golf zich voortplant; dezelfde golf gaat bijvoorbeeld sneller in helium dan in lucht. Elk materiaal heeft twee eigenschappen die bepalen hoe snel het geluid doorgeeft: de dichtheid en de stijfheid of elasticiteitsmodulus.

De "stijfheid" van lucht of zijn elasticiteitsmodulus verandert niet met vochtigheid. Dichtheid echter wel. Naarmate de luchtvochtigheid toeneemt, neemt ook het percentage luchtmoleculen dat watermoleculen zijn toe. Watermoleculen zijn veel minder massief dan zuurstof-, stikstof- of kooldioxidemoleculen, en dus hoe groter de luchtfractie die bestaat uit waterdamp, hoe minder massa per volume-eenheid en hoe minder dicht de lucht wordt. Een lagere dichtheid vertaalt zich in een snellere verplaatsing van geluidsgolven, dus geluidsgolven reizen sneller bij een hoge luchtvochtigheid. De snelheidstoename is echter erg klein, dus voor de meeste alledaagse doeleinden kunt u deze negeren. In lucht op kamertemperatuur op zeeniveau reist geluid bijvoorbeeld ongeveer 0,35 procent sneller in 100 procent luchtvochtigheid (zeer vochtige lucht) dan in 0 procent luchtvochtigheid (volledig droge lucht).

Het effect van vochtigheid op de geluidssnelheid is iets groter bij lagere luchtdrukken, zoals die je op grote hoogte ervaart. Op ongeveer 6.000 meter (20.000 voet) boven zeeniveau, bijvoorbeeld, is het verschil tussen de geluidssnelheid bij kamertemperatuur is droge lucht bij 0 procent luchtvochtigheid en dezelfde lucht bij 100 procent luchtvochtigheid ongeveer 0,7 procent. Toenemende temperatuur vergroot ook het effect van vochtigheid op de geluidssnelheid in lucht, hoewel de toename ook hier relatief bescheiden is.

  • Delen
instagram viewer