ภายในขอบเขตของฟิสิกส์มีสิ่งกีดขวางบางอย่างที่มนุษย์จะต้องจดจำ ที่รู้จักกันดีที่สุดคือความเร็วแสงความเร็วสูงสุดที่สสารทั่วไปและข้อมูลทุกรูปแบบในจักรวาลสามารถเดินทางได้ นี่เป็นอุปสรรคที่มนุษยชาติอาจไม่สามารถผ่านพ้นไปได้เพราะการทำเช่นนั้นเป็นการฝ่าฝืนกฎพื้นฐานทางฟิสิกส์ข้อใดข้อหนึ่งหนึ่ง - ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein
แต่ความเร็วของเสียงล่ะ นี่เป็นอีกอุปสรรคหนึ่งในวิชาฟิสิกส์ แต่เป็นสิ่งที่มนุษยชาติสามารถทำลาย (ในความเป็นจริงหลายต่อหลายครั้ง) และเมื่อมันมาถึงการทำลายกำแพงนี้นักวิทยาศาสตร์ใช้สิ่งที่เรียกว่า Mach Number เพื่อเป็นตัวแทนของขอบเขตการไหลผ่านความเร็วของเสียงในท้องถิ่น กล่าวอีกนัยหนึ่งการผลักดันกำแพงเสียงให้ผ่านมานั้นหมายถึงมัค 1 ดังนั้นคุณจะต้องทำสิ่งนั้นเร็วแค่ไหน?
ความหมาย:
เมื่อเราได้ยินคำว่ามัค 1 มันง่ายที่จะคิดว่ามันคือความเร็วของเสียงผ่านชั้นบรรยากาศของโลก อย่างไรก็ตามคำนี้โหลดมากกว่าที่คุณคิด ความจริงก็คือ Mach Number เป็นอัตราส่วนมากกว่าการวัดความเร็วจริงโดยตรง และอัตราส่วนนี้เกิดจากความจริงที่ว่าความเร็วของเสียงนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละตำแหน่งเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความหนาแน่นของอากาศ
ศาสตร์นี้สามารถกำหนดเป็น M = ยู/ค, โดยที่ M คือหมายเลขมัค ยู คือความเร็วการไหลของท้องถิ่นที่เกี่ยวข้องกับขอบเขต (เช่นความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง) และ ค คือความเร็วของเสียงในสื่อนั้น ๆ (เช่นบรรยากาศในท้องถิ่นน้ำ ฯลฯ )
เมื่อความเร็วของเสียงแตกจะส่งผลให้สิ่งที่เรียกว่า "โซนิคบูม" นี่คือเสียงที่ดังและแตกซึ่งเกี่ยวข้องกับคลื่นกระแทกที่สร้างโดยวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วเสียงท้องถิ่น ตัวอย่างเช่นเครื่องบินที่ทำลายกำแพงเสียงไปยังบูมเล็ก ๆ ที่เกิดจากกระสุนที่บินผ่านหรือรอยแตกของ bullwhip
ความเร็วของเสียง:
โดยทั่วไปความเร็วของเสียงคือระยะทางที่เดินทางในช่วงระยะเวลาหนึ่งโดยคลื่นเสียงเมื่อมันแพร่กระจายผ่านตัวกลางที่ยืดหยุ่น ดังที่ระบุไว้แล้วนี่ไม่ใช่ค่าสากล แต่ขึ้นกับองค์ประกอบของสื่อและสภาพของสื่อนั้น เมื่อเราพูดถึงความเร็วของเสียงเราหมายถึงความเร็วของเสียงในชั้นบรรยากาศของโลก แต่ถึงแม้จะมีการเปลี่ยนแปลง
อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์มักจะพึ่งพาความเร็วของเสียงที่วัดในอากาศแห้ง (เช่นความชื้นต่ำ) และที่อุณหภูมิ 20 ° C (68 ° F) เป็นมาตรฐาน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ความเร็วของเสียงในพื้นที่คือ 343 เมตรต่อวินาที (1,235 km / h; 767 mph) - หรือ 1 กิโลเมตรใน 2.91 s และ 1 ไมล์ใน 4.69 s
การจำแนกประเภท:
เช่นเดียวกับอัตราส่วนส่วนใหญ่มีการประมาณและหมวดหมู่ที่ใช้ในการวัดความเร็วของวัตถุที่สัมพันธ์กับกำแพงเสียง สิ่งนี้ทำให้เรามีหมวดหมู่ของ เปรี้ยงปร้าง, transonic, เหนือเสียง, และ เกี่ยวกับความเร็ว. ระบบการจัดหมวดหมู่นี้มักจะใช้เพื่อจัดประเภทอากาศยานหรือยานอวกาศความต้องการขั้นต่ำคือสิ่งที่ยานจำแนกส่วนใหญ่มีความสามารถในการเข้าถึงหรือเกินความเร็วของเสียง
สำหรับเครื่องบินหรือวัตถุใด ๆ ที่บินด้วยความเร็วต่ำกว่ากำแพงเสียง เปรี้ยงปร้าง มีผลบังคับใช้ หมวดหมู่นี้รวมถึงเครื่องบินไอพ่นส่วนใหญ่และเครื่องบินพาณิชย์ขนาดเล็กถึงแม้ว่าจะมีข้อยกเว้นบางประการ (เช่นเครื่องบินไอพ่นความเร็วเหนือเสียงอย่าง Concorde)
เนื่องจากยานเหล่านี้ไม่สามารถตอบสนองหรือเกินกว่าความเร็วของเสียงพวกเขาจะมีหมายเลขมัคที่น้อยกว่าหนึ่งและดังนั้นจึงแสดงเป็นทศนิยม - เช่นน้อยกว่ามัค 0.8 (273 m / s; 980 km / h; 609 mph) โดยทั่วไปแล้วเครื่องบินเหล่านี้จะขับเคลื่อนด้วยใบพัดและมีแนวโน้มที่จะมีปีกที่มีอัตราส่วนกว้างยาว (เรียว) และมีลักษณะโค้งมน
การกำหนดของ transonic นำไปใช้กับสภาพการบินที่มีช่วงของการไหลเวียนของอากาศรอบ ๆ ความเร็วเหล่านี้อยู่ด้านล่างพร้อมกันที่และเหนือระดับเสียงตั้งแต่มัค 0.8 ถึง 1.2 (273-409 m / s; 980-1,470 km / h; 609-914 mph) เครื่องบิน Transonic มักจะมีปีกกวาดอยู่เสมอทำให้เกิดความล่าช้าในการลากจูงและถูกขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เจ็ท
ประเภทถัดไปคือ เหนือเสียง อากาศยาน. สิ่งเหล่านี้เป็นงานฝีมือที่สามารถเคลื่อนที่ได้มากกว่าการบีบอัดอากาศซึ่งเป็น "กำแพงเสียง" ยานเหล่านี้มักมีหมายเลขมัคระหว่าง 1 ถึง 5 (410–1,702 m / s; 1,470–6,126 km / h; 915-3,806 mph) เครื่องบินที่ออกแบบมาเพื่อบินด้วยความเร็วเหนือเสียงนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมากในการออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์เนื่องจากความแตกต่างที่รุนแรงในพฤติกรรมของการไหลเหนือมัค 1
เหล่านี้รวมถึงขอบคมส่วนปีกบางและหางทรงตัว (aka. ครีบ) หรือคานาร์ด (forewings) ที่สามารถปรับได้ งานฝีมือที่มักจะมีการกำหนดนี้รวมถึงเครื่องบินรบที่ทันสมัยเครื่องบินสอดแนม (เช่น SR-71 Blackbird) และ Concorde ดังกล่าว
ประเภทสุดท้ายคือความเร็วซึ่งนำไปใช้กับเครื่องบินที่สามารถเกินความเร็วของมัค 5 และสามารถบรรลุความเร็วสูงถึงมัค 10 (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / h; 3,806–7,680 mph) เครื่องบินน้อยมากที่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วดังกล่าวและมีแนวโน้มที่จะขับเคลื่อนด้วยจรวด (เช่น X-15), scramjets (เช่น X-43, หรือ HyperX) หรือยานอวกาศที่อยู่ในขั้นตอนการออกจากชั้นบรรยากาศของโลก
อีกตัวอย่างคือวัตถุที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก สิ่งเหล่านี้สามารถอยู่ในรูปของยานอวกาศที่กลับเข้ามาหรืออุกกาบาตที่ผ่านและสลายตัวในชั้นบรรยากาศของโลก ตัวอย่างเช่นดาวตกที่เข้าสู่ท้องฟ้าเหนือเมืองเล็ก ๆ ของ Chelyabinsk ประเทศรัสเซียในเดือนกุมภาพันธ์ปี 2013 กำลังเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 19.16 ± 0.15 km / s (68,436 - 69,516 km / h; 42,524 - 43,195 mph) .
กล่าวอีกนัยหนึ่งอุกกาบาตกำลังเดินทางระหว่างมัค 55 และ 56 เมื่อมันกระทบกับบรรยากาศของเรา! ด้วยความเร็วที่มหาศาลเมื่อดาวตกมาถึงท้องฟ้าเหนือ Chelyabinsk มันสร้างเสียงดังอย่างแรงจนทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่ออาคารหลายพันแห่งในหกเมืองทั่วทั้งภูมิภาค ความเสียหายนี้ซึ่งรวมถึงหน้าต่างระเบิดจำนวนมากส่งผลให้มีผู้ได้รับบาดเจ็บ 1,500 คน
ดังนั้น Mach One เร็วแค่ไหน? คำตอบสั้น ๆ ก็คือมันขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ที่ไหน แต่โดยทั่วไปแล้วมันคือความเร็วที่เกิน 1200 km / h หรือ 750 mph หากคุณสามารถทำสิ่งนี้ได้อย่างรวดเร็วคุณจะทำลายกำแพงเสียงและผู้คนที่อยู่ห่างออกไปหลายไมล์จะได้ยินเรื่องนี้!
เราได้เขียนบทความที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับเสียงที่นี่นิตยสารอวกาศ นี่คือเสียงอะไร, เจ็ทที่เร็วที่สุดในโลกคืออะไร, การต้านของอากาศคืออะไร, และเสียงของ NASA เป็นอย่างไร?
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดอ่านบทความของนาซาเกี่ยวกับ Mach Number และนี่คือลิงก์ไปยังบทเรียนเกี่ยวกับ Mach Number
เราได้บันทึกเรื่องราวของดาราศาสตร์ทุกเรื่องเกี่ยวกับกระสวยอวกาศ ฟังที่นี่ตอนที่ 127: กระสวยอวกาศของสหรัฐอเมริกา
แหล่งที่มา:
- นาซ่า - มัคเบอร์
- Wikipedia - หมายเลข Mach
- Aerospaceweb - ความเร็วของเสียงเลขมัคและกำแพงเสียง
