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1馬赫等於幾公裏時?飛行器為啥用馬赫來描述速度,它究竟有多快

2024-07-09科學

導語

當我們在看科技動畫片的時候,總會出現一些飛行器在太空中進行飛行。

而在飛行的時候呢,還會出現一些小型飛行器能夠在太空中達到1馬赫的速度,要知道此時的速度有多快,那在地面上具體能飛多少公裏呢?

並不是只有1馬赫的速度值,還有像2馬赫、3馬赫等等,那麽這種狀況下飛行器使用馬赫來描述這種速度是為了進行什麽呢?

這和我們地球上普通飛機的速度有何不同?

在太空中1馬赫速度又有多快呢?

馬赫的定義。

馬赫是用來表示的相對速度,可以理解為物體相對於聲速的速度,所以這個速度並不能直接量化,而是一個比值的形式。

馬赫的定義就是物體的速度除以空氣的聲速,這樣所得的這個數值就被稱為這個物體的馬赫數,用M來表示。

那麽什麽是空氣的聲速呢?

在地球上,物體在空氣中行走,那麽我們在物體前進的過程中,所產生的機械波會引起空氣分子的變化,這些分子之間會相互碰撞產生壓縮,使得這些分子之間的距離減小,空氣的密度增大。

同時,這種壓縮效應會使得分子之間的速度增大,所以當物體在空間中前行的時候,就會產生這樣的效應,所以我們在物體前進的時候會聽到物體的聲音。

例如汽車、動車等等,而當我們在飛機上的時候我們可以聽到飛機發出的嗡嗡的聲音,這些聲音其實可以理解為空氣的聲音,發出聲音的來源就是這些壓縮效應。

聲速就是指空氣中機械波傳播所需要的最小時間,透過大量的實驗,科學家所得到的空氣聲速是在室溫20℃的時候,且大氣壓是101325帕,那麽此時空氣聲速就是343.6公尺/秒。

那麽什麽叫馬赫,馬赫其實是奧地利的物理學家,根據聲音在空氣中的速度和一切大氣因素,計算出來的速度。

可以用Mach來表示,所以馬赫的定義就是速度和聲速之間的比值,可以用下面的公式進行表示:

M = V/343.6。

其中M表示馬赫數,V表示的就是物體的速度,343.6則是地球上的聲速,那麽透過這個公式可以計算出飛行器在太空中假如是1馬赫速度的話,相對於地面上就能飛多少公裏。

太空中1馬赫有多快。

按照我們常見的客機在飛行的時候,飛行速度一般在800千米每小時左右,根據這個公式可以計算出1馬赫大約是343.6公尺/秒,原則上1馬赫就是地球上聲音的速度。

而火箭上駛向太空,其速度一般會從幾千米到幾萬米每秒,因此地球上的火箭有時可以稱之為短途飛彈。

M28A5比較典型的一枚常規巡航飛彈,飛行速度為馬赫28,那麽這種情況下計算出來,1馬赫就能飛8330公尺。

但是在太空中,就沒有大氣層的存在,所以空氣傳播的機械波,也就沒有了相應的介質,自然也就不會有聲速,那麽相對於太空中1馬赫速度就是每秒1000公尺。

那麽1馬赫的速度在太空中就是1000公尺,那麽1馬赫在太空中就是多少公裏呢?

1千米等於1000公尺,所以1馬赫在太空中可以飛1000千米即1000公裏,那麽我們要是用飛機來進行計算,那麽1馬赫在太空中的飛行速度是多少?

1馬赫=1225千米每小時。

馬赫數和音速之間的關系。

飛機的速度越快,所對應的馬赫數就越大,地面上我們用千米每小時,在飛機上升空飛行的時候,為了方便描述事物的速度,所以越來越多的采用馬赫,畢竟馬赫是一種無因次的描述速度的方式。

這樣可以更好的反映飛行速度的快慢,在進入下一個階段後,所需要的飛行速度也會越來越大,這也是為什麽飛行器上的速度用馬赫來進行描述。

因為飛機的速度越來越快,可以做到1.5馬赫的飛行速度。

而當我們的飛機飛到很高的高度時,飛機上的馬赫數就能做到4或者5馬赫,所以我們在看到影視作品時,總會出現飛彈進行攔截,攔截飛彈,當我們看到飛彈被攔截的時候,總會有一些讓飛機向飛彈飛去。

由於飛彈的發射速度一般在馬赫數的範圍內,所以飛機進行攔截飛彈的時候,可以根據飛彈的飛行速度和跑道上飛機的速度進行比較。

有相當大的機會進行攔截,但是如果是反艦飛彈,其速度往往在3馬赫左右,也就是在飛機的速度上升空飛行過程中,我們的馬赫數不斷上升,那麽如今的戰鬥機,其最大飛行速度也可以做到2馬赫左右。

但是在其它高空飛行器上,如無人機,其飛行速度最大也有1.9馬赫,其實無人機的飛行速度也不低,只不過是因為飛機中存在人員,馬赫數相對要小一些,但是兩者的最大速度上是有一定差距的。

結語

所以我們現在已經可以透過馬赫數很好地計算出飛機的最大速度。

就因為馬赫數的無因次特性,才能更好的進行計算,對飛機的速度進行描述,從而更好的適應現在人類更大的飛行需求。