Speed of Sound   음속, 음파 속도

(2017-11-10)

마하 수, Mach Number

1. 음파속도 (음속, Speed of Sound)

  ㅇ 미소한 압력 교란이 전파되는 속도
     - 상온(15℃) 공기 중에서,  c = 340 m/s = 마하 1 ≒ 1200 ㎞/hour
     - 수중에서,  c = 1,480 m/s
     - 금속 고체에서,  c = 5,180 m/s


2. 음속 특징 매질 특성에 의존 함
     - 딱딱한 물체일수록 빨라짐
        . 기체 음파 속도 < 액체 음파 속도 < 고체 음파 속도
     - 탄성률이 클수록, 빠른 전파속도를 갖음

     - 밀도가 클수록, 늦은 전파속도를 갖음
     - 그러나,
        . 밀도가 커지면 전파속도가 늦어지나, 밀도가 커질수록 덩달아 탄성률도 커지므로,
          밀도 증가분의 전파속도 영향은 작음

     - 온도가 오를수록 음파 속도도 커짐 (0도 331.5 m/s, 1도 마다 0.6 m/s 씩 상승)
        .  c = 331.6 + 0.6t  (t : ℃)

     * 음속은, 매질탄성계수밀도에 의해 결정됨

  ㅇ 진폭이 클 경우에는, 음속은 진폭 크기에도 의존적이 됨


3. 음속 표현식

  ※ (음속은, 매질탄성계수밀도에 의해 결정됨)

  ㅇ 기체의 음속 : 
     - p : 압력 [Pa]
     - k : 정적 비열에 대한 정압 비열의 비 (단열계수 Adiabatic Coefficient)
     - ρ: 기체 밀도 [㎏/㎥]
     - R : 기체 상수, T : 온도액체의 음속 : 
     - K : 액체 체적 탄성률 [N/㎡]
     - ρ : 액체 밀도 [㎏/㎥]

  ㅇ 고체의 음속 : 
     - E : 고체 탄성률(영률) [N/㎡]
     - ρ: 고체 밀도 [㎏/㎥]


4. 마하 수 (Mach Number)

  ㅇ 음속 c 대비 유동 유체(음원)의 속도 vs가 얼마인가를 나타냄 : M = vs/c
     - 아 음속(Subsonic,亞音速)   : 마하 수 1 미만의 속도 (M < 1)
     - 음속 (Sonic,音速)          : 마하 수 1 정도의 속도 (M = 1)
     - 초 음속(Supersonic,超音速) : 마하 수 1 이상의 속도 (M > 1)

  ※ 명칭 : 오스트리아의 과학자 에른스트 마하(Ernst Mach)의 이름을 따름


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