Если вы когда-нибудь наблюдали мерцание молнии в ночном небе, а потом подсчитали, сколько секунд это заняло чтобы гром достиг ваших ушей, вы уже знаете, что свет распространяется гораздо быстрее, чем звук. Это не значит, что звук распространяется медленно; при комнатной температуре звуковая волна распространяется со скоростью более 300 метров в секунду (более 1000 футов в секунду). Скорость звука в воздухе зависит от нескольких факторов, включая влажность.
Представьте себе молекулу воздуха, проносящуюся по космосу и врезавшуюся в соседа, так что они отскакивают друг от друга, как пара резиновых мячей. Вторая молекула теперь уносится, пока не столкнется с другой, и так далее. Каждое из этих столкновений передает энергию от первой молекулы ко второй. Вот как распространяются звуковые волны: молекулы воздуха приводятся в движение возмущением, например вибрацией голосовых связок. в вашем горле, и столкновения передают эту энергию от первого набора молекул воздуха к их соседям и т. д. наружу. В конечном итоге волна передает энергию, но не вещество, то есть перемещается возмущение, а не сами молекулы воздуха.
Когда вы говорите о скорости звука, вы говорите о том, сколько времени требуется звуковой волне или помехам, чтобы пройти от места, где они начинались, до вашего уха. Скорость звуковой волны определяется средой или материалом, через который распространяется волна; такая же волна будет идти быстрее в гелии, чем, например, в воздухе. Каждый материал имеет два свойства, которые определяют, насколько быстро он передает звук: его плотность и его жесткость или модуль упругости.
«Жесткость» воздуха или его модуль упругости не меняются с влажностью. Однако плотность имеет значение. По мере увеличения влажности увеличивается и процентное содержание молекул воздуха, являющихся молекулами воды. Молекулы воды намного менее массивны, чем молекулы кислорода, азота или углекислого газа, поэтому доля воздуха, состоящая из водяного пара, меньшая масса на единицу объема и менее плотный воздух становится. Более низкая плотность приводит к более быстрому распространению звуковой волны, поэтому звуковые волны распространяются быстрее при высокой влажности. Однако увеличение скорости очень небольшое, поэтому для большинства повседневных целей вы можете игнорировать его. Например, при комнатной температуре на уровне моря звук распространяется примерно на 0,35 процента быстрее при 100-процентной влажности (очень влажный воздух), чем при 0-процентной влажности (полностью сухой воздух).
Влияние влажности на скорость звука немного больше при более низком давлении воздуха, например на большой высоте. Например, на высоте 6000 метров (20000 футов) над уровнем моря разница между скоростью звука в сухом воздухе комнатной температуры при влажности 0 процентов и в том же воздухе при влажности 100 процентов составляет около 0,7 процентов. Повышение температуры также усиливает влияние влажности на скорость звука в воздухе, хотя, опять же, это увеличение относительно невелико.