تؤثر درجة الحرارة على سرعة الصوت في المادة بطريقة طردية. بمعنى أن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة سرعة الصوت، والعكس صحيح. ويمكن التعبير عن هذه العلاقة بالمعادلة التالية:
v = k * sqrt(T)
حيث:
- v هي سرعة الصوت
- k هي ثابت يعتمد على المادة
- T هي درجة الحرارة المطلقة
وهذا يعني أن سرعة الصوت تتناسب مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة المطلقة.
ويمكن تفسير هذه العلاقة من خلال نظرية الحركة الموجية. حيث أن الموجات الصوتية هي عبارة عن اضطرابات في الضغط أو الكثافة أو درجة الحرارة. وعند زيادة درجة الحرارة، تتحرك الجزيئات في المادة بشكل أسرع. وهذا يؤدي إلى زيادة سرعة انتشار الموجات الصوتية.
وفيما يلي بعض الأمثلة على تأثير درجة الحرارة على سرعة الصوت في المادة:
- في الهواء، تبلغ سرعة الصوت في درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) حوالي 343 مترًا في الثانية. وعند زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، تزداد سرعة الصوت بمقدار حوالي 0.6 مترًا في الثانية.
- في الماء، تبلغ سرعة الصوت في درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) حوالي 1480 مترًا في الثانية. وعند زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، تزداد سرعة الصوت بمقدار حوالي 11 مترًا في الثانية.
- في الحديد، تبلغ سرعة الصوت في درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) حوالي 5100 مترًا في الثانية. وعند زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، تزداد سرعة الصوت بمقدار حوالي 56 مترًا في الثانية.
وبشكل عام، فإن تأثير درجة الحرارة على سرعة الصوت في المادة يكون أكبر في المواد الصلبة منه في السوائل أو الغازات. وذلك لأن الجزيئات في المواد الصلبة تكون أكثر ارتباطًا ببعضها البعض من الجزيئات في السوائل أو الغازات.
