Helikiirus: erinevus redaktsioonide vahel

[[Õhuniiskus|Kuivas]] [[Õhk|õhus]] [[temperatuur]]il 20 °[[Celsiuse skaala|C]] on helikiirus ligikaudu 343 m/s ehk 1235 km/h ehk ligikaudu üks kilomeeter kolme sekundi jooksul. Magevees on helikiirus 1 [[Atmosfäärirõhk|atm]] rõhu korral ligikaudu 1450 m/s ehk 5220 km/h.

Heli mitte silmapilkset levimist õhus teati ilmselt ammu enne esimesi katseid helikiiruse mõõtmiseks. Teadaolevalt esmakordsemõõtis helikiiruseesimesena mõõtmise õhus viis läbihelikiirust [[1635]]. aastal [[Pierre Gassendi]] [[Pariis]]is. Gassendi kasutas katses tulirelvi, mõõtes teada oleval kaugusel relvatorust tuleva sähvatuse ja heli saabumise vahelist aega. Tulemuseks sai Gassendi 478 m/s. Katset kordas hiljem [[Marin Mersenne]], kes sai ilmselt hoolikama katsepüstitusega tulemuseks 450 m/s. Itaallased [[Giovanni Alfonso Borelli|Giovani Alfonso Borelli]] ja [[Vincenzo Viviani]] parendasid täpsust veelgi ja said tulemuseks 350 m/s. Kõik need katsetused, ei võtnud arvesse õhu temperatuuri, niiskust, ega tuule kiiruse võimalikke mõjusi mõõtmistulemustele. Helikiiruse sõltuvust õhu temperatuurist demonstreeris itaallane Branconi [[Bologna|Bolognas]] alles [[1738]]. Ühed esimestest arvestatava täpsusega katsetest helikiiruse määramiseks õhus viisid läbi [[Prantsuse Akadeemia]] liikmed aastal [[1738]]. Katses mõõdeti kahuri tulistamisel helilaine hilinemisaega eri kaugustel võrreldes nähtava plahvatusega kahuritorus. Kuivas õhus temperatuuril 0 °C tuulevaikse ilmaga saadi tulemuseks 337 m/s.<ref>Rayleigh J. W. S. (1945). ''The Theory of Sound''. Dover. Lk 2.</ref>

ÜksÜhe esimesiesimese katseidkatse helikiiruse mõõtmiseks tahkistes tehtitegi [[1808]] prantsuse füüsikufüüsik [[Jean Baptiste Biot]] poolt. Biot kasutas katses 1000 m pikkust raudtoru. Mõõtes õhus ja metallis levinud lainete vahelist viiteaega, järeldas Biot, et metallis levib helilaine kordadesmitu korda kiiremini, kui õhus.

Vees mõõtsid teadaolevalt esmakordselt helikiirust prantsuse matemaatik [[Jacques Charles François Sturm|Charles Sturm]] ja šveitsi füüsik [[Jean-Daniel Colladon]]. See toimus [[1826]]. aastal [[Genfi järv]]es. Nende mõõteseadmestik koosnes paatidelt vette lastud [[Kell (helitekitaja)|kellast]] ja 13–14 km kaugusel olevast [[kuuldetoru]]st. Fikseerimaks kella löömise aega. kasutasid nad põlevast pulbrist tekkind välgatust. Helikiiruseks 8 °C vees määrasid nad c=1435 m/s, mis on äärmiselt lähedallähedane sarnastes oludes tänapäeval mõõdetuga c=1439 m/s.<ref>{{Raamatuviide|autor=R.B. Lindsay, Dowden, Hutchinson & Ross|pealkiri=ACOUSTICS: Historical and philosophical development|aasta=1972|koht=|kirjastus=|lehekülg=}}</ref><ref>{{Raamatuviide|autor=Rayleigh J. W. S.|pealkiri=The Theory of Sound|aasta=1945|koht=|kirjastus=Dover|lehekülg=3}}</ref>

Helikiirust tähistatakse tavaliselt tähega ''c'', mis tuleb Ladina keelsestladinakeelsest sõnast ''celeritas'' tõlgituna "('kiirus"').

Vedelike ja gaaside korral avaldub helikiirus üldiselt Newton–LaplaceNewtoni-Laplace'i valemiga:

kus, <math>

K_s = \gamma \cdot p </math>,

</math>, kus γ on [[adiabaatiline indeks]] ja ''p'' on gaasi [[rõhk]]. Seega helikiirus ideaalses gaasis avaldub kui

:<math>c = \sqrt{\gamma\frac{p}{\rho}}</math>,

:<math>c = (331.,3 + 0.,606 \cdot \vartheta)~~~\mathrm{m/s},</math>

[[Magevesi|Magevees]] (tihedus 1000 kg/m<math>^3</math>) ja [[Merevesi|merevees]] (tihedus 1030 kg/m<math>^3</math>) on helikiiruse ligikaudsed väärtused atmosfääri rõhu korral vastavalt 1450 m/s ja 1500 m/s. Helikiirus vees suureneb rõhu, temperatuuri ja soolsuse kasvamisega. Destilleeritud vees on maksimaalne helikiirus temperatuuril 74°C. Temperatuuri suurenedes hakkab sellest temperatuurist alates helikiirus vähenema. Antud maksimaalse helikiiruse temperatuuri väärtus tõuseb rõhu kasvamisega.

<math>c = 1449 + 4,6\,T + 0,055\,T^2 + 0,003\,T^3 + (1,39 - 0,012\,T)(S - 35) + 0,017\,d (8-11)</math>,

'''Dispersioonivabas keskkonnas''' on helikiirus sõltumatu [[helisagedus]]est. Selliseks keskkonnaks on näiteks [[ideaalne gaas]]. '''Dispersiivses keskkonnas''' sõltub helikiirus [[helisagedus]]est. Selle sõltuvuse määrab [[dispersiooniseos]]. Erinevad sageduskomponendid liiguvad sellises keskkonnas erineva [[faasikiirus]]ega, kuid heli poolt kantav energia liigub [[rühmakiirus]]el. Dispersioon on iseloomulik paljudele lainenähtustele, mistõttu esineb sarnane nähtus ka [[valgus]]e puhul (kirjeldust vaasta artiklist [[Dispersioon (füüsika)|dispersioon]]). Heli puhul nimetatakse seda nähtust [[akustiline dispersioon|akustiliseks dispersiooniks]].