У межах фізики існують певні бар'єри, які люди повинні визнати. Найвідомішою є швидкість світла, максимальна швидкість, з якою можуть подорожувати всі звичайні речовини та всі форми інформації у Всесвіті. Це бар'єр, через який людство ніколи не зможе просунутися в минулому, головним чином тому, що це порушує один із найважливіших законів фізики - теорію загальної відносності Ейнштейна.
А як щодо швидкості звуку? Це ще один бар'єр у фізиці, але той, який людству вдалося переламати (фактично кілька разів). І коли мова йде про подолання цього бар'єру, вчені використовують те, що відоме як Махове число, щоб зобразити межу потоку, що минає локальну швидкість звуку. Іншими словами, проштовхування повз звуковий бар'єр визначається як Mach 1. Отже, наскільки швидко ви повинні це зробити?
Визначення:
Коли ми чуємо термін Мах 1, можна легко припустити, що це швидкість звуку в атмосфері Землі. Однак цей термін більш завантажений, ніж можна подумати. Правда полягає в тому, що число Маха - це відношення, а не фактичне пряме вимірювання швидкості. І це співвідношення пов'язане з тим, що швидкість звуку змінюється в різних місцях через різницю в температурі та щільності повітря.
Математично це можна визначити як M = у/c, де M - число Маха, у - локальна швидкість потоку щодо меж (тобто швидкості руху об'єкта через середовище), і c - це швидкість звуку в конкретному середовищі (тобто місцева атмосфера, вода тощо).
Коли швидкість звуку порушується, це призводить до того, що називають "звуковим бумом". Це гучний, розтріскуючий звук, який пов’язаний із ударними хвилями, які створюються об’єктом, що рухається швидше, ніж локальна швидкість звуку. Приклади стосуються літака, що розбиває звуковий бар'єр, до мініатюрних стріл, спричинених кулями, що пролітають, або тріщиною кориди.
Швидкість звуку:
В основному, швидкість звуку - це відстань, яку пройшла за певний час звукова хвиля, коли вона поширюється через еластичне середовище. Як уже зазначалося, це не є універсальним значенням, але зводиться до складу середовища та умов цього середовища. Коли ми говоримо про швидкість звуку, ми маємо на увазі швидкість звуку в атмосфері Землі. Але навіть це може бути змінено.
Однак вчені, як правило, покладаються на швидкість звуку, виміряну на сухому повітрі (тобто низькій вологості) та температурі 20 ° С (68 ° F). За цих умов локальна швидкість звуку становить 343 метри в секунду (1,235 км / год; 767 миль / год) - або 1 кілометр за 2,91 с і 1 миля за 4,69 с.
Класифікації:
Як і у більшості співвідношень, існують наближення та категорії, які використовуються для вимірювання швидкості об єкта по відношенню до звукового бар'єру. Це дає нам категорії дозвуковий, трансонічний, надзвуковий, і гіперзвуковий. Ця система категоризації часто використовується для класифікації літаків або космічних апаратів, мінімальною вимогою є те, що більшість класифікованих суден мають можливість наближатись або перевищувати швидкість звуку.
Класифікація для літака або будь-якого предмета, який летить зі швидкістю нижче звукового бар'єру дозвуковий застосовується. Ця категорія включає більшість літаків і малих комерційних літальних апаратів, хоча деякі винятки були відмічені (тобто надзвукові комерційні реактивні апарати, як Конкорд).
Оскільки ці судна ніколи не відповідають або не перевищують швидкість звуку, вони матимуть число Маха, яке менше одиниці, і тому виражається у десятковій формі - тобто менше 0,8 Маха (273 м / с; 980 км / год; 609 миль / год). Зазвичай ці літаки приводяться в рух з гвинтовим газом і, як правило, мають високі пропорції (стрункі) крила та округлі характеристики.
Позначення трансонічні застосовується до умови польоту, коли діапазон швидкостей повітряного потоку існує навколо літака та повз нього. Ці швидкості одночасно знаходяться нижче, на швидкості та вище швидкості звуку, коливаючись від 0,8 до 1,2 Маха (273-409 м / с; 980-1,470 км / год; 609-914 миль / год). Трансонічні літальні апарати майже завжди мають крила, що спричиняють затримку розтягування, і керуються реактивними двигунами.
Наступна категорія - надзвуковий літальний апарат. Це судна, які можуть вийти за межі стиснення повітря, що є "звуковим бар'єром". Зазвичай у цих суден число Маха становить від 1 до 5 (410–1,702 м / с; 1470–6,126 км / год; 915–3806 миль / год). Літаки, призначені для польоту з надзвуковими швидкостями, демонструють великі відмінності в їх аеродинамічній конструкції через радикальні відмінності в поведінці потоків вище Маша 1.
До них відносяться гострі краї, тонкі зрізи крила та стабілізатори хвоста (ака. Плавники) або канарки (передпліччя), які здатні регулюватися. Ремесло, яке зазвичай має таке позначення, включає сучасні винищувачі, шпигунські літаки (як SR-71 Blackbird) та вищезгаданий Concorde.
Остання категорія - гіперзвукова, яка стосується літальних апаратів, які можуть перевищувати швидкість Маха 5 і можуть досягати швидкості максимально 10 Мах (1,702–3,403 м / с; 6,126–12,251 км / год; 3,806–7,680 миль / год). Дуже мало літаків може рухатись з такою швидкістю, і, як правило, з ракетними двигунами (як X-15), сраметами (наприклад, X-43 або HyperX) або космічними кораблями, які перебувають у процесі виходу з атмосфери Землі.
Інший приклад - об’єкти, що потрапляють в атмосферу Землі. Вони можуть мати форму космічних кораблів, що здійснюють повторний вхід, або метеоритів, які пройшли через і розбилися в атмосфері Землі. Наприклад, метеор, який увійшов у небо над малим містечком Челябінськ, Росія, у лютому 2013 року подорожував зі швидкістю близько 19,16 ± 0,15 км / с (68,436 - 69,516 км / год; 42,524 - 43,195 миль / год) .
Іншими словами, метеорит їхав між 55 і 56 Маха, коли він потрапив у нашу атмосферу! Враховуючи свою величезну швидкість, коли метеор досяг небес над Челябінськом, він створив звуковий настрій настільки потужний, що завдав великої шкоди тисячам будівель у шести містах регіону. Це пошкодження, яке включало багато вибуху вікон, призвело до поранення 1500 людей.
Отже, наскільки швидкий Mach One? Коротка відповідь - це залежить від того, де ви знаходитесь. Але загалом це швидкість, яка перевищує близько 1200 км / год або 750 миль / год. Якщо ви здатні йти так швидко, ви будете порушувати звуковий бар'єр, і люди на милі навколо будуть чути про це!
Тут написано багато цікавих статей про звук. Ось що таке звук ?, який найшвидший струмінь у світі ?, що таке опір повітря ?, і як звучить NASA?
Для отримання додаткової інформації ознайомтеся зі статтею НАСА про номер Маха, і ось посилання на урок про номер Маха.
Ми записали епізод Astronomy Cast про космічний човник. Слухайте тут, Епізод 127: Космічний човник у США.
Джерела:
- НАСА - Мах номер
- Вікіпедія - номер Маха
- Аерокосмічна мережа - швидкість звуку, номер машини та звуковий бар'єр
