Helikiirus

Heli kiirus on vahemaa, mille helilaine läbib ühikulise aja jooksul elastses keskkonnas.

Kuivas õhus merepinnal temperatuuril 20°C on heli kiirus ligikaudu 343 m/s ehk 1235 km/h ehk ligikaudu üks kilomeeter kolme sekundi jooksul.

Baasvalemid

Heli kiirus c avaldub valemiga

$c={\sqrt {\frac {E}{\rho }}}\,$

kus E on keskkonna ruumelastsusmoodul ja ρ on keskkonna tihedus.

Ideaalse gaasi jaoks kehtib E = γ p, kus γ on adiabaatiline indeks ja p on gaasi rõhk. Seega heli kiirus ideaalses gaasis avaldub kui

$c={\sqrt {\gamma {\frac {p}{\rho }}}}\,$

ent on helisagedusest sõltumatu suurus.

Üldise olekuvõrrandi korral on heli kiirus leitav seosest

$c^{2}={\frac {\partial p}{\partial \rho }}.$

kus tuletis leitakse eeldades adiabaatilist protsessi.

Akustiline dispersioon

Dispersioonivabas keskkonnas on heli kiirus sõltumatu helisagedusest. Selliseks keskkonnaks on näiteks ideaalne gaas. Dispersiivses keskkonnas sõltub heli kiirus helisagedusest. Selle sõltuvuse määrab dispersiooniseos. Erinevad sageduskomponendid liigub sellises keskkonnas erineva faasikiirusega, kuid heli poolt kantav energia liigub rühmakiirusel. Dispersioon on iseloomulik paljudele lainenätustele, mistõttu esineb sarnane nähtus ka valguse jaoks (kirjelduse jaoks vt Dispersioon (füüsika)). Heli juhul nimetatakse antud nähtust akustiliseks dispersiooniks.

Kuuldava heli jaoks on lämmastiku ja hapniku segu dispersioonivaba, kuid kuna õhk sisaldab ka süsihappegaasi, siis muutub see kõrgetel sagedustel (> 28 kHz) dispersiivseks.

Vaata ka

• Ülehelikiirus