V oblasti fyziky existujú určité prekážky, ktoré si ľudské bytosti uvedomujú. Najznámejšia je rýchlosť svetla, maximálna rýchlosť, ktorou môžu cestovať všetky konvenčné záležitosti a všetky formy informácií vo vesmíre. Toto je prekážka, ktorú ľudstvo nikdy nebude môcť presadiť, hlavne preto, lebo tým porušuje jeden z najzákladnejších fyzikálnych zákonov - Einsteinovu teóriu všeobecnej relativity.
Ale čo rýchlosť zvuku? Toto je ďalšia bariéra vo fyzike, ale bariéra, ktorú ľudstvo dokázalo prelomiť (v skutočnosti niekoľkokrát). A pokiaľ ide o prelomenie tejto bariéry, vedci používajú to, čo je známe ako Machovo číslo, aby predstavovali hranicu toku okolo miestnej rýchlosti zvuku. Inými slovami, tlačenie za zvukovú bariéru je definované ako Mach 1. Takže ako rýchlo to musíte urobiť?
Definícia:
Keď počujeme výraz Mach 1, dá sa ľahko predpokladať, že ide o rýchlosť zvuku v zemskej atmosfére. Tento výraz je však nabitý viac, než si myslíte. Pravda je, že Machovo číslo je skôr pomer ako skutočné priame meranie rýchlosti. A tento pomer je spôsobený skutočnosťou, že rýchlosť zvuku sa mení z jedného miesta na druhé v dôsledku rozdielov v teplote a hustote vzduchu.
Matematicky to možno definovať ako u/c, kde M je Machovo číslo, u je miestna rýchlosť toku vzhľadom na hranice (t. j. rýchlosť objektu pohybujúceho sa cez médium) a C je rýchlosť zvuku v tomto konkrétnom médiu (t. j. miestna atmosféra, voda atď.).
Ak je rýchlosť zvuku prerušená, vedie to k tzv. „Zvukovému rozmachu“. Toto je hlasný praskajúci zvuk, ktorý je spojený s nárazovými vlnami, ktoré sú vytvárané objektom, ktorý sa pohybuje rýchlejšie ako miestna rýchlosť zvuku. Medzi príklady patrí lietadlo, ktoré rozbíja zvukovú bariéru na miniatúrne ramená spôsobené guľkami, ktoré letí, alebo prasklina vete.
Rýchlosť zvuku:
V zásade je rýchlosť zvuku vzdialenosť, ktorú za určitú dobu prejde zvuková vlna, ktorá sa šíri cez elastické médium. Ako už bolo uvedené, nejde o univerzálnu hodnotu, ale o zloženie média a podmienky tohto média. Keď hovoríme o rýchlosti zvuku, hovoríme o rýchlosti zvuku v zemskej atmosfére. Ale aj to je predmetom odchýlok.
Vedci však majú tendenciu spoliehať sa na rýchlosť zvuku meranú v suchom vzduchu (t. J. Nízka vlhkosť) a pri teplote 20 ° C (68 ° F) ako štandard. Za týchto podmienok je miestna rýchlosť zvuku 343 metrov za sekundu (1 235 km / h; 767 mph) - alebo 1 kilometer za 2,91 sa 1 míľa za 4,69 s.
Triedenie:
Rovnako ako u väčšiny pomerov, existujú aj aproximácie a kategórie, ktoré sa používajú na meranie rýchlosti objektu vo vzťahu k zvukovej bariére. Toto nám poskytuje kategórie subsonické, transonické, nadzvukové, a nadzvukový, Tento systém klasifikácie sa často používa na klasifikáciu lietadiel alebo kozmických lodí, pričom minimálnou požiadavkou je, že väčšina klasifikovaných plavidiel má schopnosť priblížiť sa alebo prekročiť rýchlosť zvuku.
Pre lietadlo alebo akýkoľvek predmet, ktorý letí rýchlosťou pod zvukovou bariérou, klasifikácia podzvukové platí. Táto kategória zahŕňa väčšinu lietadiel pre dochádzajúcich a malých komerčných lietadiel, hoci boli zaznamenané niektoré výnimky (t. J. Nadzvukové komerčné trysky, ako napríklad Concorde).
Pretože tieto plavidlá nikdy nespĺňajú alebo nepresahujú rýchlosť zvuku, budú mať Machovo číslo menšie ako jedna, a preto vyjadrené v desiatkovej forme - t.j. menšie ako 0,8 Mach (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Typicky sú tieto lietadlá poháňané vrtuľou a majú tendenciu mať krídla s vysokým pomerom strán (štíhle) a zaoblené znaky.
Označenie TRANSONIC sa vzťahuje na letový stav, pri ktorom okolo a okolo lietadla existuje určitý rozsah rýchlostí prúdenia vzduchu. Tieto rýchlosti sú súčasne pod, pri a nad rýchlosťou zvuku, v rozmedzí od 0,8 do 1,2 Macha (273 - 409 m / s; 980 - 1 460 km / h; 609 - 914 mph). Transonické lietadlá majú takmer vždy zametané krídla, ktoré spôsobujú oneskorenie odklonenia a sú poháňané prúdovými motormi.
Ďalšia kategória je nadzvukový lietadiel. Sú to plavidlá, ktoré sa môžu pohybovať za kompresiou vzduchu, ktorá je „zvukovou bariérou“. Tieto plavidlá majú spravidla Machovo číslo medzi 1 a 5 (410 - 1 702 m / s; 1 470 - 6 126 km / h; 915 - 3 806 mph). Lietadlá navrhnuté na lietanie nadzvukovými rýchlosťami vykazujú veľké rozdiely v aerodynamickom usporiadaní z dôvodu radikálnych rozdielov v správaní prúdov nad Mach 1.
Patria medzi ne ostré hrany, tenké časti krídel a stabilizátory chvostov (aka. Plutvy) alebo kastre (predné končatiny), ktoré sú schopné nastavenia. Remeslo, ktoré zvyčajne má toto označenie, zahŕňa moderné bojové lietadlá, špionážne lietadlá (ako kosovský kosák SR-71) a vyššie uvedené Concorde.
Posledná kategória je hypersonická, ktorá sa vzťahuje na lietadlá, ktoré môžu prekročiť rýchlosť Mach 5 a môžu dosiahnuť rýchlosti až 10 Mach (1 702–3 403 m / s; 6 126–12 251 km / h; 3 806–7 680 mph). Veľmi málo lietadiel sa môže pohybovať takýmito rýchlosťami a má tendenciu byť poháňané raketami (ako X-15), scramjety (ako X-43 alebo HyperX) alebo kozmické lode, ktoré práve opúšťajú zemskú atmosféru.
Ďalším príkladom sú objekty vstupujúce do zemskej atmosféry. Môžu mať formu návratu kozmickej lode alebo meteoritov, ktoré prešli a rozpadli sa v zemskej atmosfére. Napríklad meteor, ktorý vstúpil do neba nad mestom Čeľabinsk v Rusku, vo februári 2013 cestoval rýchlosťou asi 19,16 ± 0,15 km / s (68 436 - 69 516 km / h; 42 524 - 43 195 mph) ,
Inými slovami, meteorit cestoval medzi Mach 55 a 56, keď to zasiahlo našu atmosféru! Keď meteor dosiahol svoju obrovskú rýchlosť, keď sa dostal na oblohu nad Čeľabinskom, vytvoril zvukový rozmach tak silný, že spôsobil rozsiahle škody tisícom budov v šiestich mestách po celom regióne. Toto poškodenie, ktoré zahŕňalo veľa explodujúcich okien, malo za následok zranenie 1 500 ľudí.
Ako rýchly je Mach One? Krátka odpoveď je, že záleží na tom, kde sa nachádzate. Ale vo všeobecnosti je to rýchlosť, ktorá presahuje asi 1200 km / h alebo 750 mph. Ak ste schopní ísť tak rýchlo, prelomíte zvukovú bariéru a ľudia na míle ďaleko to budú počuť!
Tu sme napísali veľa zaujímavých článkov o zvuku tu Space Magazine. Tu je Čo je to zvuk ?, Čo je najrýchlejší prúd na svete ?, Čo je odpor vzduchu? A ako vyzerá zvuk NASA?
Viac informácií nájdete v článku agentúry NASA o Machovom čísle a tu je odkaz na lekciu o Machovom čísle.
Zaznamenali sme epizódu Obsadenia astronómie o vesmírnom raketopláne. Počúvajte tu, Episode 127: The US Shuttle.
zdroj:
- NASA - Machovo číslo
- Wikipedia - Machovo číslo
- Aerospaceweb - rýchlosť zvuku, Machovo číslo a bariéra proti hluku
