光速と音速の違い

光と音は異なる性質の波です。これは伝播速度にも当てはまります。大気中の音の速度は平均340 m/s です。この同じ媒質内の光の速度は最大300,000 km/sです。

音速と光速についてのまとめ

真空中の光の速度は約 3.10 ⁸ m/s です。
大気中の音速は温度に依存し、25 °C では約 340 m/s です。
光の速度は、光が伝播する媒体にのみ依存します。
光と音の速度には大きな違いがあるため、私たちは稲妻をすぐに見ますが、数秒後に初めて雷の音を聞くことができます。
物体が空気中の音速よりも速く動くとき、その速度は超音速であると言います。

光の速度

光の速度は物理学では限界速度として知られています。つまり、光の速度より速く移動できるものは何も知られていません。すべての電磁波 (光もその 1 つ) は、真空中を3.10 ⁸ m/s (秒速 30 万キロメートル) に近い速度で伝播します。

光およびその他の電磁波の速度は、それらが伝播する媒体の屈折率のみに依存します。たとえば、光は真空中で最大の速度で伝播しますが、水中では屈折率が約 1.33 であるため、その速度は真空中の 1.33 分の 1 になります。

光の速度はその周波数にも依存します。赤色と青色では周波数が異なるため、媒質の屈折率は同じではありません。そのため、一般に電磁波の周波数が高くなるほど、光の速度は速くなります。その特定の周波数に対する媒質の屈折率が高くなります。さまざまな光の周波数に対するクラウンガラスの屈折率をリストした表を参照してください。

色	屈折率
赤	1,513
黄色	1,517
緑	1,519
青	1,528
バイオレット	1,532

上の表を見ると、光の周波数が高くなるとクラウンガラスの屈折率も高くなることがわかります。そのため、白色光がプリズムを通過する際の分散を観察することができます。

音速

音は、空気などの物理媒体の振動として特徴付けられる機械的な外乱です。これらの振動は屈折を受けることもあります。つまり、さまざまな媒体を通過するときに速度が変化します。大気中の音の速度はその密度に依存し、したがってその温度に依存します。寒い日には、大気のガス分子があまり撹拌されず、したがって相互に近づくため、音の伝播速度は寒い日よりも若干速くなる傾向があります。

気温が平均25℃の場合、音速は330 m/sから340 m/sの間で変化し、およそ1200 km/hになります。次の表は、一部のメディアの音速を示しています。ご注意ください：

とても	音速(m/s)
空気(20℃)	343
海水	1522
アルミニウム	4420
鋼鉄	6000
グリセリン	1904年

一部の軍用機が 1 Ma (1 マッハ) を超える速度で移動する場合のように、ある物体が空気中の音速よりも速く移動する場合、それは超音速と呼ばれます。

マッハは、物体の速度と空気中の音速の比によって定義される無次元の量です。物体が1 Ma を超える速度で移動するとき、それは「音速の壁を突破する」、つまり、物体自体が生成する音波よりも速く移動すると言います。

このような速度に達すると、超音速天体の前にある空気は、それにかかる大きな圧力によって凝縮され、一種の障壁が形成されます。このとき、車体がそれ以上の速度まで加速できないと、大きな空気抵抗を受けることになります。ジェットが1 Ma を超える速度に達すると、生成される空気の大きな変位 (衝撃波と呼ばれます) により、大きな音響ブームが形成されます。この激しい騒音は「ソニックブーム」として知られています。