Fyzmatik | Historie měření rychlosti zvuku

Zvuk se šíří ve vzduchu jako postupné podélné vlnění. Zvukové vlny jsou podélná zhušťování a zřeďování vzduchu, ve kterém se šíří. Rychlost zvuku ve vzduchu závisí na atmosférických podmínkách (nečistoty, vlhkost, tlak), ale především na teplotě vzduchu. U suchého vzduchu (o hustotě 1,293 kg/m3) a teplotě 0°C je rychlost zvuku 331,82 m/s. Rychlost zvuku ve vzduchu v závislosti na teplotě t se určí ze vztahu v = 331,82 + 0,61t. Historie měření rychlosti zvuku sahá až do 17. století. První, kdo se pokusil změřit rychlost zvuku ve vzduchu, byl františkánský mnich Marin Mersenne (1588 - 1648). Napadlo jej, aby jeho přítel střílel z kanónu a sám ve větší vzdálenosti měřil čas mezi zábleskem u hlavně při výstřelu a okamžikem, kdy k němu dorazil zvuk výstřelu. Neměl však k dispozici přesné hodiny a tak  počítal údery vlastního srdce. Jeho odhad byl kolem 430 m/s.

V roce 1788 další dva francoužští vědci vystřelili z děl vzdálených 18 km od sebe. Druhé dělo sloužilo pro kontrolu výsledku. Mezi děly byla vzdálenost tak veliká, že se oba vědci mohli pozorovat dalekohledy. Opět měřili čas, který uplynul mezi záblesky a zaduněním výstřelů.

Na ještě přesnější měření však další vědci potřebovali speciální vybavení. Proto francouzský vědec Henri Regnault (1810 - 1878) sestrojil důmyslný přístroj (na spodním obrázku). V něm se otáčel pravidelnou rychlosti válec a zapisovač kreslil čáru na jeho povrchu. Zapisovač byl ovládán dvěma elektrickými obvody. Regnault vystřelil z pistole, která byla připojena k jednomu z obvodů. Zvuk z výstřelu zaregistrovala membrána, tím se obvod přerušil a zapisovač se posunul do nové pozice.  Obvod se následně propojil a zapisovač se vrátil do původní pozice. Regnault znal rychlost, se kterou se válec otáčel. Změřil vzdálenost mezi značkami a zjistil, jak rychle pokus proběhl. Naměřil rychlost zvuku ve vzduchu 1220 km/h.

Ve vodě poprvé přesně měřili rychlost zvuku v roce 1827 Charles Sturm  a Jean-Daniel Colladon. Dvě lodě vzdálené 13 487 m umístili na ženevském jezeře. Ve stejný okamžik odpálili střelný prach a přitom zařízení udeřilo do zvonu, ponořeného pod hladinou vody. Na druhé loďce pak druhý pozorovatel zjistil rozdíl mezi akustickým a optickým signálem 9,4 s.Tomu odpovídala rychlost zvuku ve vodě asi  1435 m/s.