音速

声波在媒质中传播的速度
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音速（speed of sound[3]）亦称声速，指声波在媒质（介质）中传播的速度。音速的大小，同媒质的性质和状态（如温度）有关。[4][5]音速在气体动力学中解释为微弱扰动波在介质中传播的速度，是气体动力学中一个最基本的参数，它与气体的状态、压缩性等有密切的关系，压缩性越小、温度越高的介质，其中的音速越大。一般用音速来衡量气体流动的快慢。[6][7]
公元前6世纪，古希腊数学家、哲学家毕达哥拉斯最先发现声音相关规律。1490年，列奥纳多・达・芬奇确认声音可在水中传播。17世纪初期[8]，弗朗西斯·培根首次明确提及音速并进行记载。1640年，法国数学家马林·梅森（MarinMersenne）开展了人类首次“空气中音速测定实验”，成功量化了音速的数值。1660年，英国科学家罗伯特・波义耳通过实验证明声音传播必须依赖介质。1687年，艾萨克·牛顿在其著作《自然哲学的数学原理》中，首次提出了声音传播的数学理论，推导出空气中的音速公式。1738年，卡西尼及法国科学院的其他学者实验计算出音速值为337米/秒，得出 “温度会影响音速”的结论。1743年，阿贝·J·A·诺莱用实验证明声音可在水中传播。1822年，法国经度局任命的一个委员会，根据前人的结论，实验修正后得出0℃时干燥空气的音速约为331.2米/秒。[9][10]1887年，恩斯特·马赫发现 “马赫角”。1929年，J. 阿克莱特建议将 “马赫角”比值用术语马赫数表示，马赫数正式成为表征流体运动状态的重要参数。[11]1946年，中国科学家钱学森首次提出高超音速概念。[12]
在大气对流层中，气温随高度增加而降低，故音速随高度增加而减小。音速是重要的基准值，如空气流动规律和飞机空气动力特性在流速（或飞行速度）大于或小于音速时大不相同。由于波速的定义是“波上某一点（如压缩区或稀疏区）单位时间内传播的距离”，因此音速的常用单位为“米/秒”（缩写为m/s）。空气、液体、固体等都是声音的介质，音速的数值在固体中比在液体中大（如铝棒5000米/秒），在液体中又比在气体中大（如海水1531米/秒），真空中不存在声音，也无音速可言。空气中的音速，在标准大气压和15℃的条件下约为340米/秒。音速随介质密度降低而减小，随介质刚度增强而增大。[4][1][2]音速在医学、气动力学、声学、音乐、航空航天等多个领域都具有重要应用意义。例如，航天领域应用包括长征五号发动机氢泵叶轮转速达550米/秒，超过音速。[13]

定义

声音来源于物体的振动。当物体振动时，带动周围的空气发生微弱变化，使空气的压力、密度周期性地变化，这种变化依次向外传播，一般称为扰动波。变化到达的位置称为波面。因为此类扰动波中的变量（如压力等）变化很小，所以称之为微弱扰动波。微弱扰动波会以一定的速度向四周传播，其速度就是音速，用符号a表示。[6]