分析一節等于多少公里 馬赫等于多少公里每小時

在描述飛行速度的時候,人們經常會使用馬赫(Mach number)為單位,這個馬赫是什么意思呢?簡單來講,馬赫其實就是速度與音速的比值 。

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由于音速不是固定值,不同的條件下(如介質、溫度、壓強等等)的音速具有不同的數值,因此如果要問1馬赫速度到底有多快,我們并不能直接說1馬赫相當于每小時多少公里,而應該在此之前加上確定的條件 。
例如在地球大氣層中,當氣壓為一個標準大氣壓、溫度為15攝氏度的時候,空氣中的音速約為每秒鐘340米,在這種條件的空氣中的飛行速度,1馬赫就相當于每小時大約1224公里 。
可以看到,用馬赫來描述飛行速度并不直觀,所以問題來了,既然如此,那為什么飛行速度常用馬赫為單位呢?直接用每小時多少公里不是更方便嗎?下面我們就來講一下 。
當一個物體在空氣中飛行的時候,位于它前方的空氣就會受到擠壓,如果這個物體速度相對較慢,那么位于它前方的那團空氣就會經歷“壓縮”、“復原”然后再“彈開”這樣一個過程 。
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由于上述過程需要一定的時間,因此當一個物體在空氣中的飛行速度達到一個特定值的時候,位于它前方的那團空氣在被“壓縮”之后就剛好無法“復原”、也無法“彈開”,于是這團被“壓縮”的空氣就會一直停留在物體前方,而隨著物體的持續飛行,更前方的空氣也會經歷同樣的過程,進而造成越來越多的“壓縮空氣”堆積在物體前方 。
那么問題來了,這個“特定值”到底是多少呢?答案就是音速 。
從本質上講,聲音其實就是由物體振動產生的一種波,在空氣中的聲波其實是一種“縱波” 。
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上圖顯示了聲波在空氣中的傳播方式,可以看到,聲波其實就是通過空氣分子的“壓縮”和“復原”來傳播的,換句話來講就是,空氣的“壓縮”和“復原”的速度,其實就是聲音在空氣中的傳播速度,也就是音速 。
也就是說,當一個物體以音速在空氣中飛行時,其前方就會迅速堆積起大量的“壓縮空氣”,在這種情況下,物體遇到的空氣阻力就會驟然升高,這種現象其實就是我們常聽到的“音障” 。
另一方面來講,當飛行器在空氣中的飛行速度超過音速時,盡管其前方的空氣也會被“壓縮”,然而在這種情況下,這些“壓縮空氣”的速度比飛行器的飛行速度慢,因此它們就無法在物體前方大量堆積,也就不會對物體形成強大的阻力 。
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所以對于人類的飛行器而言,想要進行超音速飛行,就必須要突破“音障”,而“音障”的出現就意味著飛行器的操縱性能和穩定性會突然變壞,因此飛行員就有必要及時地了解當前速度與音速的即時關系,這樣就可以提前做好準備,進而大幅提高飛行的安全性 。
由于不同的條件下的音速具有不同的數值,飛行員只知道“每小時多少公里”,是無法直觀地掌握飛行器的當前速度與音速的即時關系的,所以那些速度較快的飛行器,通常都會配有一個專門顯示馬赫數的儀表,簡單來講,這種儀表能夠根據當前區域的各種條件(如空氣密度、壓強、溫度等等),計算出當前區域的音速,然后再將其當前的飛行速度進行對比,進而計算出馬赫數 。

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