Сжимаемость и упругость воздуха

Сжимаемость характеризует свойство воздуха изменять свой объем и плотность при изменении давления и температуры.

Упругость характеризует свойство воздуха возвращаться в исходное состояние после прекращения действия сил, вызвавших его деформацию. Естественно, что для воздуха такой деформацией может быть только деформация его объема при всестороннем сжатии.

Свойство сжимаемости и упругости воздуха проявляется в том, что всякое возмущение в нем, т.е. местное сжатие (местное повышение давления и плотности воздуха), распространяется в виде очень малых возмущений – колебаний давления и плотности. Эти колебания происходят со звуковыми частотами и распространяются в виде волн со скоростью звука. Таким образом, скорость звука a (скорость распространения звуковой волны в воздухе) характеризует упругость и сжимаемость воздуха.

Скорость движения волны можно определить соотношением

, где

p – давление в волне;
– плотность распространяющейся волны.

Приближенно процесс распространения звуковой волны может рассматриваться как адиабатический, т.е. такой, при котором распространяющаяся волна не получает теплоты извне и не отдает ее окружающей среде. В этом случае и скорость звука выразится соотношением

Определив из уравнения состояния газа давление через плотность и подставив значения параметров воздуха в уравнение для скорости звука, получается

где

a – скорость звука, м/с;
T – температура воздуха, K.