1. 음파의 속도 (음속, Speed of Sound)
ㅇ 탄성 매질 내 미소한 압력(음압) 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. 음속의 특징
ㅇ 매질 특성에 의존 함
* 음속은, 매질의 탄성 및 밀도 등에 의해 결정됨
. 통상, 탄성파 속도 ∝ [ (탄성률) / (밀도) ]1/2
- 탄성률이 클수록, 빠른 전파속도를 갖음
. 딱딱한 물체일수록, 빨라짐
.. 기체 음파 속도 < 액체 음파 속도 < 고체 음파 속도
- 밀도가 클수록, 늦은 전파속도를 갖음. 그러나,
. 밀도가 커지면 전파속도가 늦어지나,
. 밀도가 커질수록 덩달아 탄성률도 커지므로,
. 밀도 증가분의 전파속도 영향은 작음
ㅇ 온도가 오를수록, 음파 속도도 커짐
- (0도 331.5 m/s, 1도 마다 0.6 m/s 씩 상승)
. c = 331.6 + 0.6t (t : ℃)
ㅇ 한편, 진폭이 매우 클 경우에는,
- 음속은 진폭 크기에도 의존적이 됨
3. 음속 표현식
※ 음속은, 매질의 특성에 관계됨
- 밀도에 대한 압력 교란의 제곱근에 비례적임
ㅇ 기체의 음속 : [# c = \sqrt{\frac{p \cdot k}{ρ}} = \sqrt{kRT} #]
- p : 압력 [Pa]
- k : 정적 비열에 대한 정압 비열의 비 (단열계수 Adiabatic Coefficient)
- ρ: 기체 밀도 [㎏/㎥]
- R : 기체 상수
- T : 온도
ㅇ 액체의 음속 : [# c = \sqrt{\frac{K}{ρ}} #]
- K : 액체 탄성률 (체적 탄성률) [N/㎡]
- ρ : 액체 밀도 [㎏/㎥]
ㅇ 고체의 음속 : [# c = \sqrt{\frac{E}{ρ}} #]
- E : 고체 탄성률 (체적 탄성률) [N/㎡]
- ρ: 고체 밀도 [㎏/㎥]
4. 마하 수 (Mach Number)
ㅇ 음속 c 대비 유동 유체(음원)의 속도 vs : 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)
- 극초음속 (hypersonic, 極超音速) : 마하 수 5 이상의 속도 (M > 5)
※ 명칭 : 오스트리아의 과학자 에른스트 마하(Ernst Mach)의 이름을 따름