Liczba Macha - Polski Serwis Naukowy

Samolot F-18 lecący blisko prędkości dźwięku. Za samolotem widać tzw. obłok Prandtla-Glauerta

Liczba Macha, mach (M, Ma) – liczba podobieństwa wyrażająca:

stosunek prędkości przepływu płynu w danym miejscu do prędkości dźwięku w tym płynie w tym samym miejscu.

stosunek prędkości obiektu poruszającego się w płynie do prędkości dźwięku w tym płynie niezakłóconym ruchem obiektu, czyli formalnie – w nieskończoności.

$M=\frac{v}{a}$

gdzie:

$v$ – prędkość przepływu lub obiektu

$a$ – prędkość dźwięku w płynie w danym miejscu lub – odpowiednio – w nieskończoności.

Nazwa pochodzi od austriackiego fizyka Ernsta Macha.

Bariera dźwięku – potoczne, obrazowe określenie dotyczące zjawisk, które zachodzą w zakresie prędkości samolotu bliskich prędkości dźwięku. Przy prędkości dokładnie równej prędkości dźwięku nie dzieje się nic nadzwyczajnego, w szczególności nie powstaje grom dźwiękowy.
Silnik rakietowy – rodzaj silnika odrzutowego, czyli wykorzystującego zjawisko odrzutu substancji roboczej, który nie pobiera w trakcie pracy żadnej substancji z otoczenia. Substancją roboczą mogą być produkty spalania (gazy spalinowe) powstałe przy utlenianiu paliwa (chemiczny silnik rakietowy), przy czym zarówno paliwo rakietowe jak i utleniacz znajdują się w zbiornikach napędzanego urządzenia (tlen nie jest pobierany z atmosfery), dzięki czemu silnik może pracować w dowolnych warunkach, np. w przestrzeni kosmicznej i pod wodą. Mogą nią być też jony rozpędzane elektromagnetycznie (silnik jonowy), plazma, także rozpędzana elektromagnetycznie (silnik plazmowy) lub strumień fotonów gamma (hipotetyczny silnik fotonowy). Stosowany najczęściej w rakietach i promach kosmicznych oraz pociskach rakietowych.

W powietrzu o temperaturze 15 °C prędkość dźwięku wynosi 340,3 m/s (1225 km/h).

Wstęp

Liczba Macha odnosi się zarówno do obiektów poruszających się z dużą szybkością w płynie, jak i płynów płynących z dużą szybkością w kanałach (tunelach). Liczba ta jest szczególnie istotna w przypadkach, kiedy prędkość przepływu jest bardzo duża (np. przy zagadnieniach związanych z przepływem płynów przez dysze) lub przy lotach z dużą prędkością.

Aerodynamika (z greckiego: aéros - "powietrze" i dynamikós- "mający siłę, silny") – dział fizyki, mechaniki płynów, zajmujący się badaniem zjawisk związanych z ruchem gazów, a także ruchu ciał stałych w ośrodku gazowym i sił działających na te ciała.
Fala uderzeniowa – cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową (np. samolot).

Ponieważ jest to stosunek dwóch wartości o tych samych wymiarach, jest ona liczbą bezwymiarową. Z tego powodu poprawną wymową M = 1 jest "Mach jeden", a nie jak to często jest wymawiane "jeden Mach", co by oznaczało że Mach jest jednostką.

Prędkość odpowiadająca M=1 zależna jest od temperatury (np. w temperaturze 15°C jej wartość w powietrzu wynosi 1225 km/h), gdyż prędkość dźwięku rośnie wraz ze wzrostem temperatury – proporcjonalnie do pierwiastka z wartości temperatury bezwzględnej Na wysokości 11000 m nad poziomem morza liczbie M = 1 ze względu na niską temperaturę powietrza odpowiada prędkość 1062 km/h.

Przepływ - ruchu płynu, podstawowe pojęcie z zakresu kinematyki płynów. W ujęciu ogólnym przepływ można scharakteryzować tzw. metodą Eulera przez podanie pola prędkości płynu czyli zależności prędkości od współrzędnych przestrzennych i czasu.
Dysza de Lavala – kanał aerodynamiczny dzięki któremu można uzyskać przepływ naddźwiękowy wykorzystywany w niektórych typach turbin parowych, w silnikach odrzutowych i rakietowych. Wynalazcą urządzenia jest Gustaf de Laval (1845-1883), szwedzki inżynier i przemysłowiec.

Powyżej przedstawiono schematy rozchodzenia się fali dźwiękowej wytwarzanej przez ruchome źródło w ruchu jednostajnym z prędkością niższą niż prędkość dźwięku (A), prędkością dźwięku (B) i prędkością naddźwiękową (C).

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

Czy wiesz że...? beta

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Profil lotniczy – obrys przekroju skrzydła samolotu, łopaty śmigła itp. w płaszczyźnie prostopadłej do osi biegnącej wzdłuż rozpiętości skrzydła (lub promienia śmigła czy wirnika). Cechą charakterystyczną profilu lotniczego jest zdolność do efektywnego wytwarzania siły nośnej pod wpływem powietrza opływającego profil (płat).

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O[1].

Skrzydło samolotu (płat nośny) – zespół płatowca, jeden z głównych elementów konstrukcyjnych statków powietrznych (samolotów, szybowców) służący do wytwarzania siły nośnej. W przekroju skrzydło ma kształt profilu lotniczego. Na krawędzi skrzydła umieszczone są lotki i często urządzenia do zwiększenia siły nośnej. Skrzydło tworzy często zespół konstrukcyjny w skład którego mogą wchodzić gondole silnikowe, podwozie, zbiorniki paliwa oraz pomieszczenia na ładunek użytkowy.

Rura – element konstrukcyjny o przekroju poprzecznym zwykle w kształcie pierścienia i znacznej długości. Rury są stosowane jako przewody do prowadzenia cieczy i gazów lub jako elementy do budowy maszyn i innych urządzeń technicznych oraz konstrukcji budowlanych. Wykonane mogą być ze stali, żeliwa, metali kolorowych, betonu, żelbetu, tworzyw sztucznych (np. polietylenu, polichlorku winylu). Mogą stanowić także osłonę np. dla prowadzonych przewodów elektrycznych. Stosuje się rury do prowadzenia instalacji w osłonach termicznych tzw. rury termoizolowane.

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

Liczby podobieństwa, zwane też liczbami kryterialnymi - to bezwymiarowe współczynniki stosowane w równaniach zachowania, opisujące układy fizyczne i sprowadzone do postaci bezwymiarowej, definiowane zwykle jako stosunek łatwo mierzalnych wielkości wymiarowych lub jako stosunek wyrazów opisuących dany proces w równaniach (np. liczba Reynoldsa jest stosunkiem członu adwekcyjnego do członu dyfuzyjnego w równaniu Naviera-Stokesa). Służą one zwykle do upraszczania rachunków fizycznych i inżynieryjnych, a ich wartość pozwala często na łatwe charakteryzowanie natury opisywanych przez nie zjawisk (jeżeli dwa układy posiadają taką samą wartość liczby bezwymiarowej, opisującej konkretny układ to znaczy, że układy te są dynamicznie podobne).