В областта на физиката има определени бариери, които хората са разпознали. Най-известната е скоростта на светлината, максималната скорост, с която може да се движи цялата конвенционална материя и всички форми на информация във Вселената. Това е бариера, която човечеството никога няма да успее да прокара миналото, главно защото това нарушава един от най-основните закони на физиката - Теорията на общата относителност на Айнщайн.
Но какво ще кажете за скоростта на звука? Това е друга бариера във физиката, но тази, която човечеството успя да преодолее (всъщност няколко пъти). И когато става въпрос за преодоляване на тази бариера, учените използват това, което е известно като Махово число, за да представят границата на потока, минаваща през локалната скорост на звука. С други думи, прокарването покрай звуковата бариера се определя като Mach 1. И така колко бързо трябва да се справите?
Определение:
Когато чуем термина Мах 1, е лесно да приемем, че е скоростта на звука в земната атмосфера. Въпреки това този термин е по-натоварен, отколкото може да си мислите. Истината е, че числото на Mach е съотношение, а не действително пряко измерване на скоростта. И това съотношение се дължи на факта, че скоростта на звука варира от едно място до друго, поради разликите в температурата и плътността на въздуха.
Математически това може да се определи като M = ф/° С, където M е номерът на Мах, ф е локалната скорост на потока по отношение на границите (т.е. скоростта на обекта, който се движи през средата), и ° С е скоростта на звука в тази конкретна среда (т.е. местна атмосфера, вода и т.н.).
Когато скоростта на звука е нарушена, това води до това, което е известно като „звуков бум“. Това е силния, напукващ звук, който се свързва с ударните вълни, които се създават от обект, пътуващ по-бързо от локалната скорост на звука. Примерите обхващат самолет, пречупващ звуковата бариера, до миниатюрни стрели, причинени от куршуми, летящи от, или спукване на булчуп.
Скорост на звука:
По принцип скоростта на звука е разстоянието, изминато за определено време от звукова вълна, докато се разпространява през еластична среда. Както вече беше отбелязано, това не е универсална стойност, но се свежда до състава на средата и условията на тази среда. Когато говорим за скоростта на звука, имаме предвид скоростта на звука в земната атмосфера. Но дори и това подлежи на промяна.
Въпреки това учените са склонни да разчитат на скоростта на звука, измерена в сух въздух (т.е. ниска влажност) и при температура от 20 ° C (68 ° F) като стандарт. При тези условия локалната скорост на звука е 343 метра в секунда (1,235 км / ч; 767 мили / ч) - или 1 километър за 2,91 с и 1 миля за 4,69 с.
Класификации:
Както при повечето съотношения, има приближения и категории, които се използват за измерване на скоростта на обекта по отношение на звуковата бариера. Това ни дава категориите на дозвукови, трансонични, свръхзвукови, и свръхзвуков, Тази система за категоризация често се използва за класификация на самолети или космически кораби, като минималното изискване е повечето класифицирани плавателни съдове да имат възможност да приближават или надвишават скоростта на звука.
За самолета или всеки предмет, който лети със скорост под звуковата бариера, класификацията на дозвукови се прилага. Тази категория включва повечето самолети и малки търговски самолети, въпреки че са забелязани някои изключения (т.е. свръхзвукови търговски самолети като Concorde).
Тъй като тези плавателни съдове никога не отговарят или надвишават скоростта на звука, те ще имат Махово число, което е по-малко от единица и следователно се изразява в десетична форма - т.е. по-малко от 0,8 Мах (273 м / с; 980 км / ч; 609 мили / ч). Обикновено тези летателни апарати са задвижвани с витло и са склонни да имат високо крило на съотношението на страните (стройни) крила и заоблени характеристики.
Обозначението на вукови се прилага за условие на полет, при което около въздухоплавателното средство и покрай него съществува диапазон от скорости на въздушния поток. Тези скорости едновременно са под, при и над скоростта на звука, вариращи от 0,8 до 1,2 Мах (273-409 м / с; 980-1,470 км / ч; 609-914 мили / ч). Трансоничните самолети почти винаги имат крила, което води до забавяне на отклонението и се задвижват от реактивни двигатели.
Следващата категория е свръхзвуков самолети. Това са плавателни съдове, които могат да се преместят отвъд сгъстяването на въздуха, което е „звуковата бариера“. Тези плавателни съдове обикновено имат Мах брой между 1 и 5 (410–1,702 m / s; 1,470–6,126 km / h; 915–3,806 mph). Самолети, проектирани да летят със свръхзвукови скорости, показват големи разлики в аеродинамичния си дизайн поради радикалните различия в поведението на потоците над Mach 1.
Те включват остри ръбове, тънки участъци на крилото и стабилизатори на опашката (известни още като перки) или канарди (предности), които могат да се регулират. Плавателните съдове, които обикновено имат това наименование, включват модерни изтребители, шпионски самолети (като SR-71 Blackbird) и гореспоменатия Concorde.
Последната категория е хиперзвукова, която се отнася за въздухоплавателни средства, които могат да надвишат скоростта на Mach 5 и могат да постигнат скорост като Mach 10 (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / h; 3,806–7,680 mph). Много малко самолети могат да се движат с такива скорости и са склонни да са с ракетно задвижване (като X-15), сраметите (като X-43 или HyperX) или космически кораби, които са в процес на напускане на земната атмосфера.
Друг пример са обекти, влизащи в земната атмосфера. Те могат да бъдат под формата на космически кораби, извършващи повторно влизане, или метеорити, преминали през и разбити в земната атмосфера. Например, метеорът, който влезе в небето над горния малък град Челябинск, Русия, през февруари 2013 г. пътува със скорост от около 19,16 ± 0,15 км / сек (68,436 - 69,516 км / ч; 42,524 - 43,195 мили / ч) ,
С други думи, метеоритът пътуваше между Мах 55 и 56, когато удари атмосферата ни! Като се има предвид огромната му скорост, когато метеорът достигна небето над Челябинск, той създаде звуков бум, толкова мощен, че нанесе големи щети на хиляди сгради в шест града в региона. Тази повреда, която включваше много експлодиращи прозорци, доведе до раняване на 1500 души.
И така, колко бърз е Mach One? Краткият отговор е, че зависи от това къде се намирате. Но като цяло това е скорост, която надвишава около 1200 км / ч или 750 мили / ч. Ако сте способни да вървите толкова бързо, ще нарушите звуковата бариера и хората от километри наоколо ще чуят за това!
Тук сме писали много интересни статии за звука. Ето какво е звук ?, кой е най-бързият реактивен двигател в света ?, какво е въздушното съпротивление? И какво звучи НАСА?
За повече информация вижте статията на НАСА относно номера на Mach и ето линк към урок за номера на Mach.
Записахме епизод на Astronomy Cast за космическата совалка. Слушайте тук, Епизод 127: Космическият совал в САЩ.
Източници:
- НАСА - Мах номер
- Уикипедия - Мах номер
- Aerospaceweb - Скорост на звука, Мах номер и звукова бариера
