U području fizike postoje određene prepreke koje su ljudska bića prepoznala. Najpoznatija je brzina svjetlosti, maksimalna brzina kojom mogu putovati sve konvencionalne materije i svi oblici informacija u Svemiru. To je prepreka koju čovječanstvo nikad neće moći prijeći, uglavnom zato što krši jedan od najosnovnijih zakona fizike - Einsteinovu teoriju opće relativnosti.
Ali što je s brzinom zvuka? To je još jedna prepreka u fizici, ali ona koju je čovječanstvo uspjelo prijeći (u stvari nekoliko puta). A kad je riječ o rušenju ove barijere, znanstvenici koriste ono što je poznato kao Machov broj kako bi predstavio granicu protoka koja prolazi kroz lokalnu brzinu zvuka. Drugim riječima, guranje mimo zvučne barijere definirano je kao Mach 1. Dakle, koliko brzo to morate učiniti?
Definicija:
Kad čujemo izraz Mach 1, lako je pretpostaviti da je to brzina zvuka kroz Zemljinu atmosferu. Međutim ovaj je izraz opterećeniji nego što možda mislite. Istina je da je Machov broj omjer, a ne stvarno izravno mjerenje brzine. A taj omjer nastaje zbog činjenice da brzina zvuka varira od mjesta do mjesta, zbog razlika u temperaturi i gustoći zraka.
Matematički se to može definirati kao M = u/c, gdje je M Machhov broj, u je lokalna brzina protoka s obzirom na granice (tj. brzina kretanja objekta kroz medij) i c je brzina zvuka u tom određenom mediju (tj. lokalnoj atmosferi, vodi itd.).
Kad se brzina zvuka prekine, to rezultira u onome što je poznato kao "zvučni bum". Ovo je glasan, pucketajući zvuk povezan s udarnim valovima koje stvara objekt koji putuje brže od lokalne brzine zvuka. Primjeri uključuju zrakoplov koji probija zvučnu barijeru do minijaturnih puščanih metaka uzrokovanih metcima koji lete pored, ili pucanjem bika.
Brzina zvuka:
U osnovi, brzina zvuka je udaljenost koju je u određenom vremenu prošao zvučni val dok se širi kroz elastični medij. Kao što je već napomenuto, to nije univerzalna vrijednost, već se svodi na sastav medija i uvjete tog medija. Kada govorimo o brzini zvuka, mislimo na brzinu zvuka u Zemljinoj atmosferi. Ali čak i to je podložno promjenama.
Međutim, znanstvenici se oslanjaju na brzinu zvuka izmjerenu na suhom zraku (tj. Niska vlaga) i pri temperaturi od 20 ° C (68 ° F) kao standardnom. U tim uvjetima, lokalna brzina zvuka iznosi 343 metra u sekundi (1.235 km / h; 767 mph) - ili 1 kilometar za 2,91 s, a 1 milja za 4,69 s.
Klasifikacije:
Kao i kod većine omjera, postoje aproksimacije i kategorije koje se koriste za mjerenje brzine objekta u odnosu na zvučnu barijeru. To nam daje kategorije subsonski, transonski, nadzvučni, i hipersoničan, Ovaj sustav kategorizacije često se koristi za razvrstavanje zrakoplova ili svemirskih letjelica, a najmanji je uvjet da većina klasificiranih letjelica ima mogućnost približavanja ili prekoračenja brzine zvuka.
Klasifikacija za zrakoplove ili bilo koji objekt koji leti brzinom ispod zvučne barijere podzvučni vrijedi. Ova kategorija uključuje većinu putničkih zrakoplova i malih komercijalnih zrakoplova, iako su primijećene neke iznimke (tj. Nadzvučni komercijalni avioni poput Concordea).
Budući da ti brodovi nikada ne zadovoljavaju ili premašuju brzinu zvuka, imat će Machov broj manji od jedan, te se stoga izražava u decimalnom obliku - tj. Manji od 0,8 Mach (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Ti su zrakoplovi obično pokretani propelerom i imaju tendenciju da imaju visoka (vitka) krila i zaobljena svojstva.
Imenovanje na granici zvuka se odnosi na stanje leta u kojem postoji raspon brzina protoka zraka oko i iznad zrakoplova. Ove brzine istodobno su ispod, uz i iznad brzine zvuka, u rasponu od 0,8 do 1,2 Macha (273-409 m / s; 980-1,470 km / h; 609-914 mph). Transonski zrakoplovi gotovo uvijek imaju krila, što uzrokuje kašnjenje divergencije, a pokreću ih mlazni motori.
Sljedeća kategorija je supersoničan zrakoplov. To su plovila koja se mogu kretati izvan kompresije zraka koja je "zvučna barijera". Ovi brodovi općenito imaju Machov broj između 1 i 5 (410–1702 m / s; 1.470–6.126 km / h; 915-3806 mph). Zrakoplovi dizajnirani za letenje nadzvučnim brzinama pokazuju velike razlike u svom aerodinamičkom dizajnu zbog radikalnih razlika u ponašanju strujanja iznad Macha 1.
Tu se ubrajaju oštri rubovi, tanki presjeci krila i stabilizatori repa (aka. Peraje) ili kanapi (foreings) koji se mogu prilagoditi. Letelice koje obično imaju ovu oznaku uključuju moderne borbene avione, špijunske zrakoplove (poput SR-71 Blackbird) i gore spomenuti Concorde.
Posljednja kategorija je hipersonična koja se odnosi na zrakoplove koji mogu prekoračiti brzinu Mach 5 i mogu postići brzinu veću od 10 Mach (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / h; 3,806–7,680 mph). Vrlo malo zrakoplova može se kretati takvim brzinama i ima tendenciju u raketnom pogonu (poput X-15), scramjetsima (poput X-43 ili HyperX) ili svemirskim brodovima koji su u procesu napuštanja Zemljine atmosfere.
Drugi primjer su predmeti koji ulaze u Zemljinu atmosferu. One mogu biti u obliku svemirskih letjelica koje izvode ponovni ulazak, ili meteorita koji su prošli i razbili se u Zemljinoj atmosferi. Na primjer, meteor koji je ušao u nebo iznad malog grada Čeljabinska u Rusiji, u veljači 2013. putovao je brzinom od oko 19,16 ± 0,15 km / s (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph) ,
Drugim riječima, meteorit je putovao između 55 i 56 Macha kad je pogodio našu atmosferu! S obzirom na svoju ogromnu brzinu, kada je meteor stigao do neba iznad Čeljabinska, stvorio je zvučni nalet toliko snažan da je nanio veliku štetu tisućama zgrada u šest gradova širom regije. Ova šteta, koja je uključivala puno eksplozivnih prozora, rezultirala je ranjenjem 1500 ljudi.
Pa koliko je brz Mach Mach? Kratki je odgovor da ovisi o tome gdje se nalazite. Ali općenito, radi se o brzini koja prelazi oko 1200 km / h ili 750 mph. Ako ste sposobni ići tako brzo, probit ćete zvučnu barijeru, a ljudi kilometrima unaokolo čut će za to!
Ovdje smo pisali mnoge zanimljive članke o zvuku. Evo što je zvuk ?, koji je najbrži mlaz na svijetu ?, što je otpor zraka ?, i kako zvuči NASA?
Za više informacija pogledajte NASA-in članak o Machovom broju, a ovdje je poveznica na lekciju o Machovom broju.
Snimili smo epizodu Astronomy Cast-a o svemirskom šatlu. Slušajte ovdje, epizoda 127: Američki svemirski šatl.
izvori:
- NASA - Machov broj
- Wikipedia - Machov broj
- Aerospaceweb - Brzina zvuka, broj računala i zvučna barijera
