Mach sayısı a, boyutsuz bir sayıdır , belirtildiği Ma oranını ifade, lokal hız a akışkan için ses hızı , bu aynı sıvı içinde. Bir gazda sesin hızı, doğasına ve sıcaklığına göre değişir, Mach sayısı sabit bir hıza karşılık gelmez, yerel koşullara bağlıdır. Jakob Ackeret tarafından Avusturyalı fizikçi ve filozof Ernst Mach'ın onuruna seçildi .
Normal sıcaklıklarda ve havada, ses hızı yaklaşık olarak 340 m s -1 veya 1224 km s -1'dir .
Mach sayısı, hareketle ilişkili kuvvetler ile sıvının sıkıştırılabilirliği arasındaki ilişkiyi ölçer.
veya:
Sesin hızı olarak Kabul havada, ideal bir gaz , ile ifade edilir:
Veya:
Durum denklemi spesifik gaz sabiti bir fonksiyonu olarak yeniden yazılabilir sağlar r (287 kg J -1 K -1 hava) ve sıcaklık T olarak Kelvin :
.Bu nedenle sadece sıcaklığa bağlıdır.
m cinsinden yükseklik | °C cinsinden sıcaklık | m / s cinsinden ses hızı |
---|---|---|
0 | 15 | 340.3 |
1000 | 8.5 | 336,4 |
2 308 | 0 | 331.3 |
5.000 | -17.5 | 320.5 |
7.500 | -23,5 | 310.2 |
11.000 ila 20.000 | -56.5 | 295.1 |
32.000 | -44.5 | 303.1 |
47.000 ila 51.000 | -2,5 | 329,8 |
Genel olarak, engeller engellendiğinde, bu rahatsızlık her yöne aynı şekilde yayılır. Böylece, yarıçapı 340 metre olan bir küre üzerine dağılmış bir saniye sonra bulunur. Bir kürenin yüzeyi, yarıçapının karesiyle orantılı olduğundan, bozulmanın yoğunluğu mesafe ile çok hızlı bir şekilde azalır: bir sesin zayıflamasının ana nedenidir, viskoziteden çok daha önemlidir.
Aşağıda, V hızında düzgün hareket eden bir uçan cisim bir noktaya asimile edilecektir.
Eğer V < a (yani Ma <1) ise, uçan cismin hızı, her an yarattığı karışıklık kürelerinin artışından daha düşüktür. Ayrıca, daha önce yaratılanların içinde kalıcı olarak bulunur. Bu fenomeni herkes deneyimleyebilir: Sabit gözlemci, ilk çok genişlemiş kürelerin çok zayıf sesini hisseder, sonra yoğunluk uçan cisim yaklaşıncaya kadar artar ve sonunda sönene kadar azalır.
Ek olarak, bozucu kürelerin emisyon noktasının yer değiştirmesi Doppler etkisine yol açar .
Eğer Ma = 1, kalıcı olarak ön uçan cisim çubukları bu nedenle tüm olarak daha önce oluşturulan küreleri teğet uçan cisim hareketine dik bir düzleme göre. Çok sayıda küçük rahatsızlığın üst üste binmesi, havanın direncini önemli ölçüde artıran büyük bir rahatsızlık yaratır: bu ses bariyeridir .
Ma > 1 olduğunda , aksine, uçan cisim tüm rahatsızlık alanlarını arkasında bırakır. Basit akıl yürütme, hepsinin Mach konisi adı verilen bir koniye teğet olduğunu gösterir.
Yukarıdaki hususlar, Mach sayısının önemi hakkında bir fikir verir, ancak gerçek çok daha karmaşıktır.
Genellikle aşağıdaki hız aralıkları arasında bir ayrım yapılır:
Diyet | Mach | km / s | Hanım | Uçağın genel özellikleri | Bu hızlardaki nesnelere örnekler |
---|---|---|---|---|---|
ses altı | <1.0 | <1230 | <340 | Pervaneli ve ticari jetler | Araba, Cessna 182 , uçaklar (seyir hızı: A380 , A320neo, 747 ...) |
transonik | 0.8-1.2 | 980-1475 | 270-410 | Biraz pozitif bom açısı | Uçak (maksimum hız) |
süpersonik | 1.0-5.0 | 1 230-6 150 | 340-1 710 | Daha keskin kenarlar | Concorde , Aster füzesi , SR-71 |
Hipersonik | 5.0-10.0 | 6 150-12 300 | 1 710-3 415 | Soğutmalı nikel titanyum kaplama, çok kompakt şekil, küçük kanatlar | Deneysel uçak: X-43 , Ariane 5 roketi |
Hipersonik "yüksek" | 10.0-25.0 | 12 300-30 740 | 3 415-8 465 | Termal silika karolar | ISS , anti-balistik füze |
Atmosferik yeniden giriş hızı | > 25.0 | > 30.740 | > 8.465 | Ablatif ısı kalkanı, kanatsız, uzay kapsülü şekli | Atmosferik yeniden giriş kapsülü , Chelyabinsk meteoru |
Havanın sıkıştırılabilirliği, yaklaşık 0,3'ten küçük Mach sayıları için ihmal edilebilir (çünkü bu durumda hıza bağlı olarak yoğunluktaki değişiklik yaklaşık %5'tir). Daha önce ses altı ve ses üstü arasındaki sınır olarak tanımlanan sonik durum, fiziksel bir gerçekliğe sahip değildir: onun yerini, fenomenlerin özellikle karmaşık olduğu, transonik olarak adlandırılan oldukça geniş bir geçiş bölgesi alır. Süpersonikte, bir nokta engeli dikkate alarak elde edilen Mach konisi, gerçek bir engelin yakınındaki şok dalgasının (veya çift patlamayı oluşturan iki şok dalgasının) yalnızca basitleştirilmiş bir görüntüsüdür. Hipersonik rejim, fizikokimyasal olayların ortaya çıktığı alandır.