Fizikas jomā pastāv zināmi šķēršļi, kurus cilvēki ir pamanījuši. Vispazīstamākais ir gaismas ātrums, maksimālais ātrums, ar kādu var pārvietoties visas parastās matērijas un visa veida informācija Visumā. Šī ir barjera, kuru cilvēce nekad nespēs nobīdīt pagātnē, galvenokārt tāpēc, ka šādi tiek pārkāpts viens no pamatfizikas fizikas likumiem - Einšteina vispārējās relativitātes teorija.
Bet kā ar skaņas ātrumu? Tas ir vēl viens šķērslis fizikā, bet tas, kuru cilvēce ir spējusi pārkāpt (patiesībā vairākas reizes). Un, kad ir jāpārkāpj šī barjera, zinātnieki izmanto tā dēvēto Maha numuru, lai attēlotu plūsmas robežu garām vietējam skaņas ātrumam. Citiem vārdiem sakot, aiziešana no skaņas barjeras tiek definēta kā Mach 1. Tātad, cik ātri jums to jādara?
Definīcija:
Dzirdot vārdu Mach 1, ir viegli pieņemt, ka tas ir skaņas ātrums Zemes atmosfērā. Tomēr šis termins ir noslogotāks, nekā jūs varētu domāt. Patiesība ir tāda, ka Maha skaitlis ir attiecība, nevis faktiska tieša ātruma mērīšana. Un šī attiecība ir saistīta ar faktu, ka skaņas ātrums dažādās vietās mainās temperatūras un gaisa blīvuma atšķirību dēļ.
Matemātiski to var definēt kā M = u/c, kur M ir Maha skaitlis, u ir vietējais plūsmas ātrums attiecībā pret robežām (t.i., objekta pārvietošanās ātrums caur barotni), un c ir skaņas ātrums konkrētajā vidē (t.i., vietējā atmosfērā, ūdenī utt.).
Ja tiek pārtraukts skaņas ātrums, rodas tā sauktais “skaņas uzplaukums”. Tā ir skaļa, plaisājoša skaņa, kas saistīta ar triecienviļņiem, kurus rada objekts, kurš pārvietojas ātrāk nekā vietējais skaņas ātrums. Piemēri ir gaisa kuģis, kas pārkāpj skaņas barjeru miniatūrām stieņiem, ko rada lodes, kuras lido, vai bullwhip plaisa.
Skaņas ātrums:
Pamatā skaņas ātrums ir attālums, kuru noteiktā laika posmā nobrauc skaņas vilnis, kad tas izplatās caur elastīgu barotni. Kā jau minēts, šī nav universāla vērtība, bet gan saistīta ar barotnes sastāvu un tās nosacījumiem. Kad mēs runājam par skaņas ātrumu, mēs atsaucamies uz skaņas ātrumu Zemes atmosfērā. Bet pat tas var mainīties.
Tomēr zinātniekiem parasti ir paļāvība uz skaņas ātrumu, ko mēra sausā gaisā (t.i., zemā mitrumā) un 20 ° C (68 ° F) temperatūrā. Šajos apstākļos vietējais skaņas ātrums ir 343 metri sekundē (1235 km / h; 767 mph) - vai 1 kilometrs 2,91 sekundē un 1 jūdze 4,69 sekundē.
Klasifikācijas:
Tāpat kā lielākajā daļā attiecību, ir tuvinājumi un kategorijas, kuras izmanto, lai izmērītu objekta ātrumu attiecībā pret skaņas barjeru. Tas dod mums kategorijas zemskaņas, transonic, virsskaņas, un hiperskaņas. Šo klasificēšanas sistēmu bieži izmanto, lai klasificētu gaisa kuģus vai kosmosa kuģus, un minimālā prasība ir tāda, ka lielākajai daļai klasificēto kuģu ir spēja pietuvoties skaņas ātrumam vai to pārsniegt.
Gaisa kuģim vai jebkuram citam objektam, kas lido ar ātrumu zem skaņas barjeras, - zemskaņa attiecas. Šajā kategorijā ietilpst lielākā daļa piepilsētas sprauslu un mazu komerciālo lidmašīnu, lai gan ir norādīti daži izņēmumi (t.i., virsskaņas komerciālās lidmašīnas, piemēram, Concorde).
Tā kā šie kuģi nekad neatbilst vai nepārsniedz skaņas ātrumu, tiem būs Mach skaitlis, kas ir mazāks par vienu un tāpēc izteikts decimāldaļā - t.i., mazāks par Mach 0,8 (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Parasti šie lidaparāti ir dzenskrūves vadīti, un tiem parasti ir augsti malu attiecības (tievi) spārni un noapaļotas īpašības.
Apzīmējums transonic attiecas uz lidojuma apstākļiem, kad apkārt un garām gaisa kuģim pastāv gaisa plūsmas ātrumu diapazons. Šie ātrumi vienlaikus ir zem skaņas ātruma, pie tā un virs tā, sākot no Maha 0,8 līdz 1,2 (273–409 m / s; 980–1 470 km / h; 609–914 mph). Transoniskajiem lidaparātiem gandrīz vienmēr ir nolaisti spārni, izraisot vilkšanās novirzes aizkavēšanos, un tos darbina reaktīvie dzinēji.
Nākamā kategorija ir virsskaņas lidmašīnas. Tie ir kuģi, kas var pāriet ārpus gaisa saspiešanas, kas ir “skaņas barjera”. Šiem kuģiem parasti ir Mach skaitlis no 1 līdz 5 (410–1 702 m / s; 1 470–6 126 km / h; 915–3 806 mph). Lidaparātiem, kas paredzēti lidošanai virsskaņas ātrumos, ir lielas atšķirības to aerodinamiskajā dizainā, jo radikāli atšķiras plūsmas virs Mach 1.
Tajos ietilpst asas malas, plānas spārnu sekcijas un astes stabilizatori (aka. Spuras) vai kārbas (priekšpuses), kuras var pielāgot. Amatniecībā, kurai parasti ir šāds apzīmējums, ietilpst modernās iznīcinātāju lidmašīnas, spiegu lidmašīnas (piemēram, SR-71 Blackbird) un iepriekšminētā Concorde.
Pēdējā kategorija ir hiperskaņas, kas attiecas uz gaisa kuģiem, kas var pārsniegt 5 Mach ātrumu un sasniegt tādu ātrumu kā Mach 10 (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / h; 3,806–7,680 mph). Ļoti maz lidmašīnu var pārvietoties ar šādu ātrumu, un tām ir tendence darboties ar raķetēm (piemēram, X-15), scramjets (piemēram, X-43 vai HyperX) vai kosmosa kuģiem, kas pašlaik pamet Zemes atmosfēru.
Vēl viens piemērs ir objekti, kas nonāk Zemes atmosfērā. Tie var būt kosmosa kuģi, kas veic atkārtotu ienākšanu, vai meteorīti, kas ir izgājuši cauri un sadalījušies Zemes atmosfērā. Piemēram, meteors, kas 2013. gada februārī ielidoja debesīs virs mazās Čeļabinskas pilsētas Krievijā, brauca ar ātrumu aptuveni 19,16 ± 0,15 km / s (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph). .
Citiem vārdiem sakot, meteorīts ceļoja starp Mach 55 un 56, kad tas skāra mūsu atmosfēru! Ņemot vērā milzīgo ātrumu, kad meteors sasniedza debesis virs Čeļabinskas, tas radīja tik spēcīgu skaņas uzplaukumu, ka tas nodarīja lielus zaudējumus tūkstošiem ēku sešās pilsētas visā reģionā. Šie postījumi, kas ietvēra daudz eksplodējošu logu, izraisīja 1500 cilvēku ievainojumus.
Cik ātra ir Mach One? Īsā atbilde ir tāda, ka tas ir atkarīgs no tā, kur atrodaties. Bet kopumā tas ir ātrums, kas pārsniedz aptuveni 1200 km / h vai 750 mph. Ja jūs spējat iet tik ātri, jūs pārkāpsit skaņas barjeru, un cilvēki, kas atrodas jūdžu attālumā, dzirdēs par to!
Mēs esam uzrakstījuši daudz interesantu rakstu par skaņu šeit Space Magazine. Lūk, Kas ir skaņa ?, Kas ir visātrākā reaktīvā lidmašīna pasaulē ?, Kas ir gaisa pretestība? Un kas NASA skan?
Lai iegūtu papildinformāciju, izlasiet NASA rakstu par Mach numuru, un šeit ir saite uz nodarbību par Mach numuru.
Mēs esam ierakstījuši epizodi, kurā Astronomy cast ir viss par kosmosa kuģi. Klausieties šeit, 127. epizode: ASV kosmosa kuģis.
Avoti:
- NASA - Maha numurs
- Wikipedia - Maha numurs
- Aerospaceweb - skaņas ātrums, Mach skaitlis un skaņas barjera
