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综述
数学单位在我们生活中已经非常常见了 , 去超市买东西称重时需要用到重量单位 , 驾车外出时需要用到速度单位 , 跨国旅游偶尔还要考虑到长度单位 , 如果距离过远 , 就得选择乘坐飞机节省时间 。
不过这些单位并不是我们今天要讲的主角 , 我们要讲的单位在生活中几乎不会应用 , 因为它实现了人类难以企及的速度 , 常被运用于战机、航天领域 。
那你知道15马赫飞一小时能达到多少公里吗?今天可算是长见识了 。
马赫在速度领域诞生
为方便人类在物理领域对一般现象做规律总结 , 在1971年过后 , 国际单位制定了7个基本物理量 , 组成了世界物理量体系 。
包括长度、时间等几乎所有的物理问题都能通过基本物理量的转换来获得答案 。
可是大家有没有发现 , 我们对基本物理量的概念知之甚少 , 这是因为基本物理量可以在物理领域被广泛使用 , 却很难融入到生活中 。
说到底 , 基本物理量只能从大方向上确定单位转换空间 , 然而在实际生活中 , 并不是所有的问题都能通过基本物理量来转换 , 哪怕计算出来了 , 也是一件非常麻烦的事情 。
我们拿速度来举例 , 速度可以被认为是长度与时间的比值 , 也是均匀直线运动过程中 , 单位时间所经过的路程 。 常见的速度单位有m/s , 又或者km/s , 这在基本物理量中可以很容易被表达出来;但如果某一物体在极短的时间通过的距离极大 , 这时候用m/s、km/s都没办法准确表示了 。
正因如此 , 科学家考虑在速度领域初创一些新单位 , 如音速、马赫、光速等 , 爱因斯坦曾在相对论中提到过:光速是物体极致的运动速度 , 没有任何物体能在现有的宇宙规律下超越光速 。
光速每秒大约30万公里 , 可以绕地球7圈左右;而音速每秒约每小时1224公里 , 每秒可能不到400米 。
对于人类来说 , 光速实在过于骇人听闻 , 哪怕是在过去100世纪 , 人类都未必能实现光速飞跃;而音速在现阶段下已经不能满足人类科技成果 。
像航天飞船、运载火箭早已突破了音速大关 , 音速的应用反而有些不足了 。 国际单位意识到 , 必须要在音速与光速之间创立一些新的物理量 , 由此来满足人类在科技的帮助下正在追求极致速度时方便数值计算 , 马赫就是在这样的背景下产生的 。
那马赫到底是什么意思呢?
简单来说 , 马赫虽然是表示物体极致速度的一个物理量 , 但它却和其他物理量有明显区别;马赫本身并不绝对 , 而是物体速度与音速的比值 。
马赫数1即一倍音速、马赫数小于1者为亚音速 , 马赫数大于5左右为超高音速 。
马赫被广泛应用
我们都知道 , 声音在不同介质内传播速度各不相同 , 那马赫的最终取值也会不同 , 所以当我们讨论一马赫每秒是多少米、15马赫飞一小时是多少公里时 , 就得考虑将其置于绝对的理论空间来计算数值 , 否则该结果会持续发生变化 , 在一个区间内反复改变 。
在绝对的理论空间下 , 声音传播速度不会受到其他物质干扰 , 为每秒340米;马赫作为一倍音速自然也是340米 , 每小时为1225公里 , 以15马赫飞行一小时的速度 , 就等于18375公里 。
这就是最接近理论的答案 , 但实际结果要和该答案有些许出入 , 原因我们此前已经解释过了 。
马赫在航天飞行领域有着广泛的应用 , 在给战斗机划分等级时 , 0.8马赫的战机被称为“亚音速飞机” , 0.8-1.2马赫的战机被称为“跨音速飞机”、5-16马赫的战机被称为“高超音速飞机” 。
处于该领域的战机可以轻松在一小时内围绕地球一圈 , 在实际作战中也能轻易避开敌方的防空系统 。
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