「馬赫」究竟是什麼意思?不單單是音速的表達,還有著內涵意義

科學觀察站 發佈 2022-04-16T01:19:24.384381+00:00

一般而言,我們很難聽到飛機的速度是多少千米每小時,一般都是多少馬赫,但有不少人對於馬赫這個單位並沒有太深的概念,甚至不知道馬赫到底有多快。其實馬赫一般是用來形容戰鬥機、太空梭速度的單位,特別是這些飛行器的速度已經達到了一個上限,所以用千米每小時來形容並不是特別方便。


一般而言,我們很難聽到飛機的速度是多少千米每小時,一般都是多少馬赫,但有不少人對於馬赫這個單位並沒有太深的概念,甚至不知道馬赫到底有多快。其實馬赫一般是用來形容戰鬥機、太空梭速度的單位,特別是這些飛行器的速度已經達到了一個上限,所以用千米每小時來形容並不是特別方便。

如果用科學的角度來說明,馬赫並不算是一個速度單位,對於馬赫這個單位的解釋相對而言比較複雜,簡單來說馬赫就是速度和音速之間的比值。如果是標準環境下的話,1馬赫大概等同於音速,也就是340米每秒。我們可以想像一個可壓縮的流體,然後規定這個流體具有一定的馬赫,觀察它的表現,我們可以得知馬赫和其他變量沒有太大的關係。

當然,由於飛行器一般都處在氣體中,可以流體也可以看做氣體,準確來說就是速度和音速之間的比值,在不同環境下,同一架飛機以相同的速度飛行,最後呈現出來的馬赫也會不相同,這是因為溫度等等條件影響了馬赫這個數值。

想要完整地解釋馬赫這個單位,還需要提到一個人,那就是恩斯特-馬赫,這是一位科學家,而且還是上個世紀著名的物理學家。這位科學家有一項最突出的貢獻,那就是揭示了火化衝擊波和彈道攻擊波相關的數據材料,而且還拍下了十分珍貴的照片,讓其他科學家可以通過這些照片研究物體在氣體中是如何運動的,包括高速運動下對氣體產生的壓強等等。

之後馬赫通過這些數據和照片發表了一篇論文,其中討論的就是物體運動時產生的擾動波,而這些擾動波在特性的情況下會形成一個以物體為中心的包絡面,當時由於各項技術的緣故,並沒有繼續總結下去,而是後來一位科學家普特朗完善總結,將物體運動和錐面母線形成的夾角命名為「馬赫角」;後來瑞士的一位科學家繼續研究馬赫的論文,總結出來了馬赫數之間的比值問題,最終將這個比值關係命名為「馬赫」。

那麼我們如何理解馬赫這個單位呢?簡單的理解就是將它看成音速即可,這也是一般人的認識。但馬赫並非是簡簡單單的一個音速就可以表達的,它有著十分深刻的內涵意義。一般的民航飛機都達不到1馬赫的速度,其一是沒有這個必要,其二是1馬赫的速度對於飛機而言要求更高,特別是飛機材質方面的要求會更高一些,不符合各大生產商的利益。

通過馬赫我們可以得知超音速飛行會產生超高溫,特別是對於飛機頭部而言溫度會達到一個限額,所以一般太空梭或者是戰鬥機都會選擇抗熱材料作為飛機的頭部材料。全世界對於超音速飛機都有研究,目前我國也研究出了6倍音速的戰鬥機,並且成功試飛。

人類對於速度的追求是無限的,想要達到更高的速度,最大的限制就是材料方面。速度越快會對物體本身產生更高的溫度,各國都希望研究出抗熱能力更優秀的材料,這樣才能製造出速度更快的戰鬥機和太空梭,未來的某一天,人類會研究出更快的飛機。

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