一马赫是多少公里每小时(一马赫是多少公里每小时的速度)
综述我们生活当中会遇到很多需要使用单位的场景,比如你去超市买东西称重的时候需要用到千克这样的重量单位,你买了房子想要开始装修的时候需要用到米、毫米这样的长度单位,你开车上高速公路遇到限速路段的时候,需要用到公里每小时这样的速度单位等等。
但是除了这些常用的之外,还有一些我们不太熟悉,但是确实有用处的单位,比如今天要跟大家介绍的马赫。
马赫是什么?马赫乍一听以为是某个钢琴家的名字,其实它是一个速度单位,或者准确地说是速度跟音速的比值。
中学物理告诉我们,音速是会随着周围的环境条件发生变化的,所以也就是说,马赫的大小浮动还是很大的,不像我们常用的千克、毫米,1千克就是1千克,1毫米就是1毫米。
那么它描述的是什么呢?其实从这个比值本身就能看出来,它是将特定物体的速度和音速之间作了一个比较,如果该物体的速度大于音速,那么比值就大于1,反之就小于1,而且这个超过的程度也可以从比值看出来,大于1的时候,比值越大,说明超过音速越多。
为什么要进行这样一种描述呢?这要从马赫这个单位的诞生说起。
来自奥地利的物理学家马赫是它的创造者,在19世纪末到20世纪初这段时间,他将自己的工作重心放在了实验物理学方面,特别是对气体和运动之间的关系做了大量的研究,并且发表了很多里程碑式的文章。
在1887年的时候,他开始对在空气中运动的物体速度与音速之间的关系展开分析,并且将二者用一个几何模型表现出来,提出了著名的马赫角,也就是该模型中的物体运动方向与声音传播方向之间的夹角,认为它对空气动力学有着重要的参考意义。
虽然马赫的研究成果在当时并没有引起很大的反响,但随着航空飞行的发展,尤其是二战爆发之后,马赫角的应用价值开始凸显出来,包括超音速飞行和原子弹在内的一系列军事技术都依赖于马赫当时的研究成果。
而他在论文中所呈现的比值表达式也成为了这一领域最重要的参考系数,也就是所谓的马赫数。
在今天的航空航天科技领域,马赫数是非常常见的一个应用单位,不过在使用之前,必须要确认大气状况,比如空气压强、密度以及飞行器所在的飞行高度等等,其中高空和低空的区分确实是一个很大的影响因素。
在高空当中,飞行物体一般来说处在更好的气流条件中,因为这里接近平流层,空气密度较低,对飞行物体本身所造成的阻力相对要小,同时气流的活动要稳定得多,通常来说方向都是单一的,只要找准顺流的角度,其实飞行是很不费力的。
气流平稳,密度又低,如果是有驾驶员的情况,还能享受非一般的能见度,这种良好的气流状态对于声音的传播影响却不太一样。
根据科学家给出的数据,如果是在地表的海平面传播,其它条件保持平均水平,那么声音的速度大概是在不到1200千米每小时,但是如果在1万米的高空中来测试,这个速度就会下降到1000米每小时左右,飞行器和声音对于大气条件的适用性的差异,也是马赫数容易发生变动的原因。
马赫数的应用那么为什么还是要在实践中使用马赫数呢,这里其实就是一个应用经济学的问题。
我们日常在描述各种事物的速度的时候,还是感到很方便的,因为在大多数人类的使用场景中,速度不会是太大的数字,即便是像汽车、高铁也都只是三位数的问题,但是当我们把视野放在航空航天领域时,问题就不一样了。
这里的飞行器速度要比汽车、高铁快得不是一点两点,在进行描述和使用的时候,会非常不方便。
而马赫相当于用音速将这些速度值做了一个缩减,但是带上马赫数的单位之后,大家都能理解它的大小,要比直接使用数字来得便捷得多。
这就好比我们说一百一千很简单,但是要说比一亿更大的数字的时候就比较复杂了,所以也就有了类似一兆亿这样数字,其实本质上就是把那些多余的零都放进了一个单位当中,既简洁又直观。
声音的速度值我们都知道,在自然条件下,基本上稳定在340米每秒的基础上,如果以这个值作为计算的标准,我们也就能很轻易地换算出来飞行物体的速度,比如1马赫每秒其实就是声速,而15马赫每秒就是声速的15倍,也就是18400公里每小时。
当然这个换算还是相对需要转一下脑子,毕竟不是100或者1000这样的整数,你可能会说那为什么不直接用这样的整数来计算比值呢?
因为马赫数发明的目的不仅是为了换算,它的背后还有很多空气动力学的应用,用音速来作比能够提供更多的信息。
结语所以说,马赫其实不是我们平时了解的度量衡单位,当然从衡量大小的意义上也可以这样说,但是它在这之外还能反映很多的东西,比如大气条件、飞行状况等等,专业人员能够从一个马赫数当中获得很多信息,更好地展开自己的工作。
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