湿度は音速にどのように影響しますか?

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著者: Randy Alexander
作成日: 25 4月 2021
更新日: 17 11月 2024
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夜空で稲妻のちらつきを見て、雷が耳に届くまでにかかった時間を数えたことがあれば、光は音よりもはるかに速く移動することをすでに知っています。それは、音がゆっくりと進むことも意味しません。室温では、音波は毎秒300メートル以上(毎秒1,000フィート以上)で進行しています。空気中の音速は、湿度などのいくつかの要因によって異なります。

音波

空気分子が宇宙を駆け巡り、隣同士に衝突して、ゴムのボールのように互いに跳ね返るのを想像してください。 2番目の分子は、他の分子と衝突するまで急いでいきます。これらの各衝突は、最初の分子から2番目の分子にエネルギーを移動します。これが音波の伝わり方です。喉の声帯の振動などの外乱によって空気分子が動き始め、衝突によってそのエネルギーが空気分子の最初のセットから隣のグループなどに外へと伝達されます。最終的に、波はエネルギーを伝達しますが、問題ではありません。つまり、空気分子自体ではなく、外乱が移動することを意味します。

速度

音の速さについて話すときは、音波や障害が発生した場所から耳に届くまでにどれくらい時間がかかるかについて話します。音波の速度は、音波が通過する媒体または材料によって決まります。たとえば、同じ波は空気中よりもヘリウムの方が速く進みます。各素材には、音の伝達速度を決定する2つのプロパティがあります。密度と剛性または弾性率です。

空気

空気の「剛性」またはその弾性率は、湿度によって変化しません。ただし、密度はそうです。湿度が上昇すると、水分子である空気分子の割合も増加します。水分子は酸素、窒素または二酸化炭素分子よりもはるかに小さいため、水蒸気で構成される空気の割合が大きいほど、単位体積あたりの質量が少なくなり、空気の密度が低くなります。密度が低いと音波の移動が速くなるため、湿度が高いと音波は速く移動します。ただし、速度の増加は非常に小さいため、ほとんどの日常的な目的では無視できます。たとえば、海面の室温の空気では、湿度0パーセント(完全に乾燥した空気)の場合よりも、湿度100パーセント(非常に湿った空気)の方が約0.35パーセント速く音が伝わります。

その他の要因

音速に対する湿度の影響は、標高の高い場所で経験するような低い空気圧ではわずかに大きくなります。たとえば、海抜約6,000メートル(20,000フィート)では、湿度0%の室温の乾燥空気と湿度100%の同じ空気の音速の差は約0.7%です。温度の上昇は、空気中の音速に対する湿度の影響も大きくしますが、上昇は比較的緩やかです。