Fizikos srityje yra tam tikrų kliūčių, kurias žmonės turi pripažinti. Labiausiai žinomas yra šviesos greitis, didžiausias greitis, kuriuo gali judėti visa įprastinė materija ir visa forma Visatoje. Tai yra kliūtis, kurios žmonija niekada negali peržengti praeityje, daugiausia todėl, kad tai darydama pažeidžia vieną iš pagrindinių fizikos dėsnių - Einšteino bendrojo reliatyvumo teoriją.
O kaip garso greitis? Tai yra dar viena fizikos kliūtis, tačiau tą, kurią žmonija sugebėjo įveikti (iš tikrųjų kelis kartus viršijo). Ir kai reikia įveikti šį barjerą, mokslininkai naudoja tai, kas vadinama Macho skaičiumi, kad parodytų srauto ribą, esančią virš vietinio garso greičio. Kitaip tariant, pastūmimas pro garso barjerą yra apibrėžiamas kaip Mach 1. Taigi, kaip greitai jūs turite tai padaryti?
Apibrėžimas:
Kai girdime terminą Mach 1, nesunku manyti, kad tai garso greitis Žemės atmosferoje. Tačiau šis terminas yra labiau apkrautas, nei jūs galite pamanyti. Tiesa ta, kad Macho skaičius yra santykis, o ne tikras tiesioginis greičio matavimas. Šis santykis yra dėl to, kad garso greitis įvairiose vietose skiriasi dėl temperatūros ir oro tankio skirtumų.
Matematiškai tai galima apibrėžti kaip M = u/c, kur M yra Macho skaičius, u yra vietinis srauto greitis ribų atžvilgiu (t. y. objekto judėjimo per terpę greitis), ir c yra garso greitis tam tikroje terpėje (t. y. vietinė atmosfera, vanduo ir kt.).
Kai garso greitis neveikia, gaunamas vadinamasis garsinis bumas. Tai yra garsus, trūkinėjantis garsas, susijęs su smūgio bangomis, kurias sukuria objektas, važiuojantis greičiau nei vietinis garso greitis. Pavyzdžiai: orlaivis, pažeidžiantis miniatiūrinių strėlių garso barjerą, kurį sukelia kulkos, skriejančios ar įsivėlęs į galvą.
Garso greitis:
Iš esmės garso greitis yra atstumas, kurį per tam tikrą laiką nuvažiuoja garso banga, sklindama per elastinę terpę. Kaip jau minėta, tai nėra universali vertybė, tačiau ji priklauso nuo terpės sudėties ir tos terpės sąlygų. Kai kalbame apie garso greitį, turime omenyje garso greitį Žemės atmosferoje. Bet net tai gali kisti.
Tačiau mokslininkai paprastai remiasi garso greičiu, išmatuotu sausame ore (t. Y. Žemoje drėgmėje) ir 20 ° C (68 ° F) temperatūroje. Tokiomis sąlygomis vietinis garso greitis yra 343 metrai per sekundę (1235 km / h; 767 mph) - arba 1 kilometras per 2,91 s, o 1 mylė per 4,69 s.
Klasifikacijos:
Kaip ir daugumoje koeficientų, yra apytiksliai ir kategorijos, kurie naudojami norint įvertinti objekto greitį, atsižvelgiant į garso barjerą. Tai suteikia mums kategorijas pogarsinis, transoninis, viršgarsinis, ir hipergarsinis. Ši klasifikavimo sistema dažnai naudojama orlaiviams ar erdvėlaiviams klasifikuoti. Minimalus reikalavimas yra tas, kad dauguma klasifikuotų plaukiojančių priemonių turi galimybę priartėti ar viršyti garso greitį.
Orlaivių ar bet kokių objektų, skraidančių mažesniu nei garso barjero greičiu, klasifikacija pogarsinis taikoma. Į šią kategoriją įeina dauguma priemiestinių ir mažų komercinių orlaivių, nors buvo paminėta keletas išimčių (t. Y. Viršgarsiniai komerciniai lėktuvai, tokie kaip „Concorde“).
Kadangi šie laivai niekada neatitinka ar neviršija garso greičio, jų Macho skaičius bus mažesnis nei vienas ir todėl išreikštas dešimtosios formos - t.y. mažesnis nei 0,8 Macho (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Paprastai šie orlaiviai yra varomi propeleriu ir paprastai turi aukštą sparnų kraštų santykį (liekni) ir suapvalintus bruožus.
Pavadinimas transoninis taikoma skrydžio sąlygoms, kai aplink orlaivį ir už jo yra oro srauto greičio diapazonas. Šie greičiai tuo pačiu metu yra mažesni už garso greitį, esant jo greičiui ir viršijant, nuo 0,8 Macho iki 1,2 (273–409 m / s; 980–1470 km / h; 609–914 mph). Transoniniai orlaiviai beveik visada turi nuskeltus sparnus, dėl kurių vilkimo divergencija vėluoja, ir yra varomi reaktyviniais varikliais.
Kita kategorija yra viršgarsinis orlaiviai. Tai yra amatai, galintys judėti labiau nei oro suspaudimas, kuris yra „garso barjeras“. Paprastai šių laivų Macho skaičius yra nuo 1 iki 5 (410–1 702 m / s; 1 470–6 126 km / h; 915–3 806 mph). Orlaiviai, suprojektuoti skristi viršgarsiniu greičiu, demonstruoja didelius aerodinaminės konstrukcijos skirtumus dėl radikalių skirtumų srautų, vykstančių virš 1 Macho, elgsenai.
Tai apima aštrius kraštus, plonius sparnų skyrius ir uodegos stabilizatorius (dar žinomus kaip pelekai) arba plokštes (priekines dalis), kurias galima reguliuoti. Amatai, kuriems paprastai suteikiamas šis žymėjimas, apima šiuolaikinius naikintuvus, šnipinėjimo lėktuvus (tokius kaip „SR-71 Blackbird“) ir aukščiau paminėtą „Concorde“.
Paskutinė kategorija yra viršgarsinė, taikoma orlaiviams, kurie gali viršyti 5 Macho greitį ir gali pasiekti net 10 Machų greitį (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / h; 3,806–7,680 mph). Labai nedaugelis orlaivių gali judėti tokiu greičiu ir yra linkę būti varomi raketomis (pvz., X-15), scramjetais (pvz., X-43 arba HyperX) ar kosminiais laivais, kurie ruošiasi palikti Žemės atmosferą.
Kitas pavyzdys yra objektai, patenkantys į Žemės atmosferą. Tai gali būti erdvėlaiviai, atliekantys pakartotinį įplaukimą, arba meteoritai, kurie praėjo pro šalį ir suskilo Žemės atmosferoje. Pavyzdžiui, meteoras, kuris į dangų pateko virš mažo Čeliabinsko miesto, Rusijos, 2013 m. Vasario mėn., Važiavo maždaug 19,16 ± 0,15 km / s greičiu (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph). .
Kitaip tariant, meteoritas keliavo tarp 55 ir 56 Machų, kai jis trenkė į mūsų atmosferą! Atsižvelgiant į milžinišką greitį, kai meteoras pasiekė dangų virš Čeliabinsko, jis sukūrė tokį galingą bumą, kad padarė didelę žalą tūkstančiams pastatų šešiuose viso regiono miestuose. Dėl šios žalos, apimančios daugybę sprogstamų langų, buvo sužeista 1500 žmonių.
Taigi, kaip greita yra „Mach One“? Trumpas atsakymas yra tas, kad tai priklauso nuo to, kur esate. Bet apskritai tai yra greitis, viršijantis maždaug 1200 km / h arba 750 mylių per valandą. Jei sugebėsite tai padaryti greitai, sulaužysite garso barjerą, o žmonės, girdintys mylią, girdės apie tai!
Esame parašę daug įdomių straipsnių apie garsą čia „Space Magazine“. Štai kas yra garsas ?, kas yra greičiausias reaktyvinis lėktuvas pasaulyje ?, kas yra oro pasipriešinimas ?, ir kaip skamba NASA?
Norėdami gauti daugiau informacijos, skaitykite NASA straipsnį apie Macho numerį ir čia yra nuoroda į pamoką apie Macho numerį.
Mes užfiksavome astronomijos filmo apie kosminį šautuvą epizodą. Klausykite čia, 127 epizodas: JAV kosminis laivas.
Šaltiniai:
- NASA - Macho numeris
- Vikipedija - Macho skaičius
- „Aerospaceweb“ - garso greitis, Macho skaičius ir garso barjeras
