Znotraj fizike obstajajo nekatere ovire, ki so jih človeška bitja spoznala. Najbolj znana je hitrost svetlobe, največja hitrost, s katero lahko potujejo vse običajne snovi in vse oblike informacij v vesolju. To je ovira, ki je človeštvo nikoli ne bo moglo premakniti mimo, predvsem zato, ker s tem krši enega najbolj temeljnih fizikalnih zakonov - Einsteinovo teorijo splošne relativnosti.
Kaj pa hitrost zvoka? To je še ena ovira v fiziki, ki pa jo je človeštvo zmoglo (večkrat pravzaprav) prebiti. In ko gre za prebijanje te ovire, znanstveniki uporabljajo tisto, kar je znano kot Mach-ovo število, da predstavljajo mejo toka mimo lokalne hitrosti zvoka. Z drugimi besedami, potiskanje mimo zvočne ovire je opredeljeno kot Mach 1. Torej, kako hitro morate to storiti?
Opredelitev:
Ko slišimo izraz Mach 1, je enostavno domnevati, da gre za hitrost zvoka v Zemljini atmosferi. Vendar je ta izraz bolj obremenjen, kot si morda mislite. Resnica je, da je Machovo število razmerje in ne dejansko neposredno merjenje hitrosti. To razmerje je posledica dejstva, da se zaradi razlik v temperaturi in gostoti zraka hitrost zvoka spreminja od ene lokacije do druge.
Matematično je to mogoče opredeliti kot M = u/c, kjer je M števil Mach, u je lokalna hitrost toka glede na meje (tj. hitrost predmeta, ki se premika skozi medij), in c je hitrost zvoka v določenem nosilcu (tj. lokalna atmosfera, voda itd.)
Ko se hitrost zvoka pokvari, to povzroči tako imenovano "zvočno bum". To je glasen, tresk zvok, ki je povezan z udarnimi valovi, ki jih ustvari objekt, ki potuje hitreje od lokalne hitrosti zvoka. Primeri so letala, ki lomi zvočno oviro, do miniaturnih pušk, ki jih povzročijo metke, ki letijo mimo, ali razpoke bika.
Hitrost zvoka:
V bistvu je hitrost zvoka razdalja, ki jo v določenem času prehodi zvočni val, ko se širi skozi elastičen medij. Kot že omenjeno, to ni univerzalna vrednost, ampak sega do sestave medija in pogojev tega medija. Ko govorimo o hitrosti zvoka, govorimo o hitrosti zvoka v Zemljini atmosferi. Toda tudi to je podvrženo spremembam.
Vendar se znanstveniki navadno zanašajo na hitrost zvoka, izmerjeno na suhem zraku (tj. Nizka vlažnost) in pri temperaturi 20 ° C (68 ° F) kot standard. V teh pogojih je lokalna hitrost zvoka 343 metrov na sekundo (1,235 km / h; 767 mph) - ali 1 kilometer v 2,91 s in 1 milja v 4,69 s.
Klasifikacije:
Tako kot pri večini razmerij obstajajo približki in kategorije, ki se uporabljajo za merjenje hitrosti predmeta glede na zvočno oviro. To nam daje kategorije podzvočni, transonski, nadzvočni, in hiperzvočni. Ta kategorizacijski sistem se pogosto uporablja za razvrščanje letal ali vesoljskih plovil, najmanjša zahteva pa je, da se večina razvrščenih plovnih zmogljivosti lahko približa ali preseže hitrost zvoka.
Za zrakoplove ali druge predmete, ki letijo s hitrostjo pod zvočno oviro, se šteje klasifikacija podzvočno velja. V to kategorijo spada večina letalskih prevoznikov in majhnih komercialnih zrakoplovov, čeprav so bile opažene nekatere izjeme (tj. Nadzvočni komercialni letali, kot je Concorde).
Ker ta plovila nikoli ne dosežejo ali presežejo hitrosti zvoka, bodo imeli Machovo številko, ki je manjša od ene in je zato izražena v decimalni obliki - to je manj kot 0,8 Mach (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Običajno so ta letala s propelerjem in imajo ponavadi visoka (vitka) krila in zaobljene lastnosti.
Imenovanje transonično velja za pogoj letenja, pri katerem okoli zrakoplova in mimo njega obstajajo različne hitrosti zračnega toka. Te hitrosti so hkrati pod, nad in nad hitrostjo zvoka in znašajo od 0,8 do 1,2 macha (273-409 m / s; 980-1,470 km / h; 609-914 mph). Transonska letala imajo skoraj vedno zamahnjena krila, kar povzroči zamudo odstopanja, in jih poganjajo reaktivni motorji.
Naslednja kategorija je nadzvočno letala. To so plovila, ki lahko presežejo stiskanje zraka, ki je "zvočna ovira." Ti plovili imajo na splošno Machovo število med 1 in 5 (410–1702 m / s; 1.470–6.126 km / h; 915-3806 mph). Letala, zasnovana za letenje z nadzvočnimi hitrostmi, kažejo velike razlike v svoji aerodinamični zasnovi zaradi radikalnih razlik v obnašanju tokov nad Mach 1.
Sem spadajo ostri robovi, tanki odseki kril in stabilizatorji repa (aka. Plavuti) ali kanardi (sprednji del), ki se lahko prilagajajo. Plovila, ki imajo običajno to oznako, vključujejo sodobna lovska letala, vohunska letala (kot SR-71 Blackbird) in že omenjeni Concorde.
Zadnja kategorija je hiperzvočna, kar velja za zrakoplove, ki lahko presežejo hitrost Mach 5 in dosežejo hitrosti kar 10 Mahov (1.702–3.403 m / s; 6.126–12.251 km / h; 3.806–7.680 mph). Zelo malo letal se lahko giblje s takšno hitrostjo in je ponavadi raketno (kot X-15), scramjets (kot X-43 ali HyperX) ali vesoljska plovila, ki zapuščajo Zemljino atmosfero.
Drug primer so predmeti, ki vstopajo v Zemljino atmosfero. Ti so lahko v obliki vesoljskih plovil, ki izvajajo ponovni vstop, ali meteoritov, ki so prešli skozi in razpadli v Zemljini atmosferi. Na primer, meteor, ki je februarja 2013 vstopil v nebo nad zgornjim mestecem Chelyabinsk v Rusiji, je potoval s hitrostjo približno 19,16 ± 0,15 km / s (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph) .
Z drugimi besedami, meteorit je potoval med 55 in 56 Macha, ko je zadel naše ozračje! Glede na svojo izjemno hitrost, ko je meteor dosegel nebo nad Čeljabinskom, je ustvaril tako močan zvok, da je na šestih mestih v regiji povzročil veliko škodo na tisoč zgradbah. Ta škoda, ki je vključevala veliko eksplodirajočih oken, je povzročila poškodbe 1500 ljudi.
Kako hitro je Mach One? Kratek odgovor je, da je odvisno od tega, kje si. Toda na splošno gre za hitrost, ki presega približno 1200 km / h oziroma 750 mph. Če ste sposobni iti tako hitro, boste prebili zvočno oviro in ljudje na kilometre naokoli bodo slišali za to!
Tukaj smo pisali številne zanimive članke o zvoku. Tukaj je Kaj je zvok? Kaj je najhitrejši curek na svetu? Kaj je zračni upor? Kako deluje NASA?
Če želite več informacij, si oglejte NASA-in članek o številu Mach-a in tukaj je povezava do lekcije o številu Mach-a.
Posneli smo epizodo Astronomy Cast o vesoljskem shuttleu. Poslušajte tukaj, Epizoda 127: Ameriški vesoljski prevoz.
Viri:
- NASA - Številka Macha
- Wikipedia - Številka Macha
- Aerospaceweb - Hitrost zvoka, število Mach-ov in zvočna ovira
