A fizika területén vannak bizonyos akadályok, amelyeket az emberek felismertek. A legismertebb a fénysebesség, az a maximális sebesség, amellyel az összes univerzális anyag és az információ minden formája képes mozogni. Ez egy olyan akadály, amelyet az emberiség soha nem tud meghaladni, elsősorban azért, mert ezzel megsérti a fizika egyik legalapvetőbb törvényét - Einstein általános relativitáselméletét.
De mi van a hangsebességgel? Ez egy másik akadály a fizikában, de az emberiség képes megtörni (valójában többször is). És amikor ezt az akadályt meg kell szüntetni, a tudósok Mach-számnak nevezik az áramlási határ ábrázolását a helyi hangsebességnél. Más szavakkal: a hanghatáron túlhaladást 1 Mach-nak tekintjük. Tehát milyen gyorsan kell ezt megtenned?
Meghatározás:
Amikor halljuk a Mach 1 kifejezést, könnyű feltételezni, hogy ez a hang sebessége a Föld légkörén keresztül. Ez a kifejezés azonban megterhelt, mint gondolnád. Az az igazság, hogy a Mach szám inkább egy arány, mint a tényleges közvetlen sebességmérés. És ez az arány annak a ténynek tulajdonítható, hogy a hangsebesség az egyes helyeken változik, a hőmérséklet és a levegő sűrűsége közötti különbségek miatt.
Matematikailag ez M = -ként határozható meg u/c, ahol M a Mach-szám, u a helyi áramlási sebesség a határokhoz viszonyítva (vagyis a közegen áthaladó tárgy sebessége), és c a hang sebessége az adott közegben (azaz helyi légkör, víz stb.).
Ha a hangsebesség megsérül, az eredményül úgynevezett „hangszóró”. Ez a hangos, repedő hang, amelyet a sokkhullámokhoz társítanak, amelyeket egy objektum hoz létre, ha a helyi hangsebességnél gyorsabban halad. Példaként említhetők a repülőgépek, amelyek áthidalják a hanghatást a miniatűr szórókeretekhez, amelyeket a golyók repülése vagy a bikaviadal repedése okozott.
Hangsebesség:
Alapvetõen a hangsebesség az a távolság, amelyet egy hanghullám egy bizonyos idõtartam alatt megtett, miközben az egy rugalmas közegen terjed. Mint már említettük, ez nem egyetemes érték, hanem a közeg összetételéhez és a közeg körülményeihez vezet. Amikor a hang sebességéről beszélünk, a hang sebességére utalunk a Föld légkörében. De még ez is változhat.
A tudósok azonban általában a hangsebességre támaszkodnak, amelyet száraz levegőben (vagyis alacsony páratartalomban) és 20 ° C (68 ° F) hőmérsékleten mérnek. Ilyen körülmények között a helyi hangsebesség 343 méter / másodperc (1235 km / h; 767 mph) - vagy 1 kilométer 2,91 másodperc alatt és 1 mérföld 4,69 másodpercen belül.
Csoportosítási:
A legtöbb arányhoz hasonlóan vannak közelítések és kategóriák, amelyekkel a tárgy sebessége a hanggátral szemben mérhető. Ez megadja a következő kategóriákat szubszonikus, transzonic, szuperszonikus, és hiperszonikus. Ezt a kategorizáló rendszert gyakran használják repülőgépek vagy űrhajók osztályozására, azzal a minimum követelménnyel, hogy a besorolt vízi járművek többsége képes a hangsebesség elérésére vagy meghaladására.
A repülőgép vagy bármely olyan tárgy esetében, amely a hanggátló alatti sebességgel repül, a szubszonikus alkalmazandó. Ez a kategória magában foglalja a legtöbb ingázó repülőgépet és kis kereskedelmi repülőgépet, bár néhány kivételt megfigyeltünk (azaz olyan szuperszonikus kereskedelmi repülőgépek, mint a Concorde).
Mivel ezek a vízi járművek soha nem felelnek meg vagy nem haladják meg a hangsebességet, Mach-számuk kevesebb, mint egy, ezért decimális alakban fejezik ki - azaz kevesebb, mint Mach 0,8 (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Ezek a repülőgépek jellemzően légcsavarhajtásúak, és általában magas oldalarányú (karcsú) szárnyakkal és lekerekített jellemzőkkel rendelkeznek.
Megjelölése transzónikus pont a repülési körülményekre vonatkozik, ahol a légáramlási sebesség tartománya létezik a repülőgép körül és mögött. Ezek a sebességek egyidejűleg a hangsebesség alatt vannak, a sebesség alatt és felett, 0,8 Mach-tól 1,2-ig (273-409 m / s; 980-1,470 km / h; 609-914 mph). A transzonikus repülőgépeknek szinte mindig söpört szárnyuk van, ami késleltetést okoz a divergencia, és sugárhajtóművek hajtják őket.
A következő kategória az szuperszonikus repülőgép. Ezek olyan kézművesek, amelyek túljuthatnak a levegő tömörítésén, amely a „hanggát”. Ezeknek a járműveknek a Mach-száma általában 1 és 5 között van (410–1 702 m / s; 1 470–6 126 km / h; 915–3 806 mph). A szuperszonikus sebességgel repülni tervezett repülőgépek nagy eltéréseket mutatnak aerodinamikai kialakításukban, mivel a Mach 1 feletti áramlások viselkedésében radikális különbségek vannak.
Ide tartoznak az éles élek, a vékony szárnyprofilok és a farok stabilizátorai (más néven uszonyok) vagy a beállító képességek (homlokvégek). A kézműveket, amelyek jellemzően ezt a megjelölést tartalmazzák, a modern vadászgépek, kém repülőgépek (mint például az SR-71 Blackbird) és a fentebb említett Concorde.
Az utolsó kategória hiperszonikus, amely olyan repülőgépekre vonatkozik, amelyek meghaladhatják a Mach 5 sebességét, és akár 10 Mach sebességet is elérhetnek (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / h; 3,806–7,680 mph). Nagyon kevés repülőgép tud mozogni ilyen sebességgel, és általában rakétahajtású (például az X-15), rekeszes (például X-43 vagy HyperX), vagy űrhajó, amelyek folyamatban vannak a Föld légköréből.
Egy másik példa a Föld légkörébe belépő tárgyak. Ezek lehetnek visszatérést végző űrhajók vagy meteoritok, amelyek áthaladtak és felbomlottak a Föld légkörében. Például az oroszországi Cseljabinszk kisváros feletti égboltba 2013. februárjában bejutott meteor körülbelül 19,16 ± 0,15 km / s sebességgel haladt (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph). .
Más szavakkal, a meteorit 55 és 56 Mach között haladt, amikor elérte a légkörünket! Óriási sebessége miatt, amikor a meteor elérte az égboltot Cseljabinszk felett, olyan nagy hangszórót hozott létre, hogy a térség hat városában az épület ezreinek nagy károkat okozott. Ez a sérülés, amelyben sok robbant ablak is jelentkezett, 1500 ember sérülését okozta.
Tehát milyen gyors a Mach One? A rövid válasz az, hogy attól függ, hogy hol vagy. De általában ez a sebesség meghaladja a körülbelül 1200 km / h vagy 750 km / h sebességet. Ha képes vagy ilyen gyorsan haladni, akkor megtöri a hangvédő akadályt, és az emberek mérföldek körül hallják ezt!
Sok érdekes cikket írtunk a hangzásról itt a Space Magazine. Itt van: Mi a hang ?, Mi a leggyorsabb sugárhajtású készülék a világon ?, Mi az a légállóság? És milyen hangzik a NASA?
További információkért olvassa el a NASA cikkét a Mach-számról, és itt található egy link a Mach-számról szóló leckéhez.
Feljegyeztünk egy csillagászat egy epizódját, amely az űrrepülőgépről szól. Hallgassa meg itt: 127. rész: Az amerikai űrsikló.
Forrás:
- NASA - Mach szám
- Wikipedia - Mach szám
- Aerospaceweb - Hangsebesség, Mach szám és hanggát
