42章:水の音速
作成2012.08.10
空気の音速は20章:運動の連続条件と音速で検討しましたが、ここでは水の音速について検討します。
- 水の音速の計算式
運動の連続条件式から
流れ過程の有効仕事の条件から
以上の式がすでに導かれました。ここで(20.3)式に(20.8)式を代入すると
となります。整理して
(42.2)式のcが音速を与えます。 (42.2)式を変形すると
となります。ここで
(42.4)式を微分して整理すると
(41.3)式に(41.5)式を代入して整理すると
となります。
材料力学における体積弾性係数から
がすでに導かれています。材料力学では引っ張りをプラスと定義しているため
、圧縮では符号の反転が必要となります。 (41.5)式と(41.6)式から
となります。ここで
(42.4)式の対数をとると
(42.8)式を微分すると
(42.7)式に(42.9)式を代入すると
となります。最後に(42.6)式に(42.10)式を代入すると
(42.11)式におけるgは工学単位を物理単位に変換する定数でありg=9.81(N/kp)です。物理単位で計算する場合は
となります。(42.12)式のγは比質量であり通常の記号はρが用いられます。また密度ともいいます。計算
の単位はkg/m3に変換する必要があります。数表ではg/cm3が多く使用されます。
水の比質量は約1g/cm3=1000kg/m3です。
- 音速の計算
音速の計算は物理単位を使用したほうが簡単です。
(1)水の音速
(42.12)式で計算した結果を表42-1に示します。
表42-1 水の音速計算結果
項目 | 単位 | 温度 | 温度 | 温度 | 温度 | 温度 | 温度 |
温度 | ℃ | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
体積弾性係数 | Gpa | 1.991 | 2.189 | 2.292 | 2.280 | 2.209 | 2.090 |
比質量 | kg/m3 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
音速 | m/s | 1411 | 1479 | 1514 | 1510 | 1486 | 1446 |
(2)SUS304の音速
固体の場合は、体積振動、縦振動、せん断振動等が考えられ単純ではありませんが、ここでは単純に体積振動として
計算します。
となります。
43章:粘性係数と動粘性係数に行く。
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