În domeniul fizicii, există anumite bariere pe care ființele umane au ajuns să le recunoască. Cea mai cunoscută este viteza luminii, viteza maximă la care se poate deplasa toată materia convențională și toate formele de informații din Univers. Aceasta este o barieră pe care omenirea ar putea să nu o împingă niciodată, în principal, deoarece acest lucru încalcă una dintre cele mai fundamentale legi ale fizicii - Teoria relativității generale a lui Einstein.
Dar ce zici de viteza sunetului? Aceasta este o altă barieră în fizică, dar una pe care umanitatea a reușit să o rupă (de fapt de mai multe ori). Și când vine vorba de ruperea acestei bariere, oamenii de știință folosesc ceea ce este cunoscut sub numele de Număr Mach pentru a reprezenta limita de curgere dincolo de viteza locală a sunetului. Cu alte cuvinte, trecerea peste bariera sonoră este definită ca Mach 1. Deci, cât de repede trebuie să fii nevoit să faci asta?
Definiție:
Când auzim termenul Mach 1, este ușor să presupunem că este viteza sunetului în atmosfera Pământului. Cu toate acestea, acest termen este mai încărcat decât ai putea crede. Adevărul este că un număr Mach este mai degrabă un raport decât o măsurare directă a vitezei. Și acest raport se datorează faptului că viteza sunetului variază de la o locație la alta, din cauza diferențelor de temperatură și densitate a aerului.
Din punct de vedere matematic, acest lucru poate fi definit ca M = u/C, unde M este numărul Mach, u este viteza locală a fluxului în raport cu limitele (adică viteza obiectului care se deplasează prin mediu) și c este viteza sunetului în acel mediu anume (adică atmosferă locală, apă etc.).
Atunci când viteza sunetului este ruptă, aceasta duce la ceea ce este cunoscut sub numele de „boom sonic”. Acesta este sunetul puternic și crăpat care este asociat cu undele de șoc create de un obiect care călătorește mai repede decât viteza locală a sunetului. Exemplele includ o aeronavă care sparge bariera sonoră la brațele miniaturale provocate de gloanțele care zboară sau crăpăturile unui taur.
Viteza sunetului:
Practic, viteza sunetului este distanța parcursă într-o anumită perioadă de timp de o undă sonoră, deoarece se propagă printr-un mediu elastic. După cum sa menționat deja, aceasta nu este o valoare universală, ci se reduce la compoziția mediului și la condițiile acelui mediu. Când vorbim despre viteza sunetului, ne referim la viteza sunetului în atmosfera Pământului. Dar chiar și asta este supusă unei variații.
Cu toate acestea, oamenii de știință tind să se bazeze pe viteza sunetului măsurată în aer uscat (adică umiditate scăzută) și la o temperatură de 20 ° C (68 ° F) ca standard. În aceste condiții, viteza locală a sunetului este de 343 metri pe secundă (1.235 km / h; 767 mph) - sau 1 kilometru în 2,91 s și 1 mile în 4,69 s.
Clasificări:
Ca și în cazul majorității raporturilor, există aproximări și categorii care sunt utilizate pentru a măsura viteza obiectului în raport cu bariera sonoră. Acest lucru ne oferă categoriile de subsonic, transonic, supersonic, și hipersonic. Acest sistem de clasificare este adesea folosit pentru a clasifica aeronavele sau navele spațiale, cerința minimă fiind aceea că majoritatea ambarcațiunilor clasificate au capacitatea de a se apropia sau depăși viteza sunetului.
Pentru aeronave sau orice obiect care zboară cu o viteză sub bariera sonoră, clasificarea subsonic se aplică. Această categorie include majoritatea avioanelor de nave și a aeronavelor comerciale mici, deși s-au remarcat unele excepții (adică avioane comerciale supersonice precum Concorde).
Deoarece aceste ambarcațiuni nu îndeplinesc niciodată sau nu depășesc viteza sunetului, ele vor avea un număr Mach care este mai mic decât unul și, prin urmare, exprimat în formă zecimală - adică mai puțin de Mach 0,8 (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). În mod obișnuit, aceste aeronave sunt orientate cu elice și au tendința de a avea aripi înalte (aspect zvelt) și caracteristici rotunjite.
Desemnarea transonic se aplică unei condiții de zbor în care există o serie de viteze ale fluxului de aer în jurul aeronavei și în trecut. Aceste viteze sunt simultan sub, la și peste viteza sunetului, variind între Mach 0,8 și 1,2 (273-409 m / s; 980-1,470 km / h; 609-914 mph). Aeronavele Transonic au aproape întotdeauna aripi măturate, provocând întârzierea divergenței la tracțiune și sunt conduse de motoarele cu jet.
Următoarea categorie este supersonic aeronave. Acestea sunt ambarcațiuni care se pot deplasa dincolo de compresia aerului care este „bariera sonoră”. Aceste ambarcațiuni au, în general, un număr Mach cuprins între 1 și 5 (410–1.702 m / s; 1.470–6.126 km / h; 915-3806 mph). Aeronavele concepute pentru a zbura la viteze supersonice prezintă diferențe mari în designul lor aerodinamic din cauza diferențelor radicale în comportamentul fluxurilor peste Mach 1.
Acestea includ margini ascuțite, secțiuni subțiri ale aripilor și stabilizatori de coadă (de asemenea aripioare) sau canaruri (forewings) care sunt capabile să se regleze. Meșteșugurile care au în mod obișnuit această denumire includ avioane de vânătoare moderne, avioane de spion (cum ar fi SR-71 Blackbird) și Concorde mai sus menționate.
Ultima categorie este hipersonică, care se aplică aeronavelor care poate depăși viteza Mach 5 și poate atinge viteze de până la Mach 10 (1.702–3403 m / s; 6.126–12.251 km / h; 3.806–7.680 mph). Foarte puține aeronave se pot deplasa cu astfel de viteze și tind să fie alimentate cu rachete (cum ar fi X-15), scramjete (precum X-43 sau HyperX) sau nave spațiale care sunt în proces de a părăsi atmosfera Pământului.
Un alt exemplu sunt obiectele care intră în atmosfera Pământului. Acestea pot lua forma unor nave spațiale care efectuează reintrarea sau meteoritele care au trecut și s-au rupt în atmosfera Pământului. De exemplu, meteoritul care a intrat în ceruri deasupra micului oraș Chelyabinsk, Rusia, în februarie 2013 circula cu o viteză de aproximativ 19,16 ± 0,15 km / s (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph) .
Cu alte cuvinte, meteoritul călătorea între Mach 55 și 56 când a lovit atmosfera noastră! Având în vedere viteza sa extraordinară, când meteorul a ajuns pe cerul de deasupra Chelyabinsk, a creat un boom sonic atât de puternic încât a provocat daune extinse la mii de clădiri din șase orașe din regiune. Această pagubă, care a inclus o mulțime de geamuri care au explodat, a dus la rănirea a 1.500 de persoane.
Deci, cât de rapid este Mach One? Răspunsul scurt este că depinde de locul în care vă aflați. Dar, în general, este o viteză care depășește aproximativ 1200 km / h sau 750 mph. Dacă sunteți capabil să mergeți repede, veți sparge bariera sonoră, iar oamenii care vor parcurge kilometri în jur vor auzi despre asta!
Am scris multe articole interesante despre sunet aici Space Magazine. Iată ce este sunetul ?, care este cel mai rapid jet din lume ?, care este rezistența la aer? Și cum arată sunetul NASA?
Pentru mai multe informații, consultați articolul NASA despre numărul Mach și aici este un link către o lecție despre numărul Mach.
Am înregistrat un episod din Astronomy Cast despre toate naveta spațială. Ascultă aici, episodul 127: Nava spațială americană.
surse:
- NASA - Număr Mach
- Wikipedia - Numărul Mach
- Aerospaceweb - Viteza sunetului, număr de mașini și barieră a sunetului
