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【“马赫”是什么意思？以15马赫的速度飞一小时，飞了多少公里？】
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我们经常听说飞机速度达到了多少马赫 ， 世界上最快的飞机快至多少马赫 。
而当下最令人熟知的NASA X-43、黑鸟战斗机 ， 包括航天飞机 ， 它们的速度都能达到数马赫 。
黑鸟战斗机
那马赫是速度单位吗？
严格来讲马赫并不是一个速度单位 ， 而是在可压缩流体中 ， 流体在给定的马赫数下 ， 可压缩性影响中的表现 ， 与其他变量无关 。
这种可压缩流体可以是液体 ， 也可以是气体 。
由于马赫数的定义是为两个速度的比值 ， 因此它是一个无量纲数 。
可压缩流体
那马赫数又是怎么来的？如何理解马赫数这种无量纲数？如果以15马赫飞一小时 ， 等于飞行了多少公里呢？
本文接下来便会从马赫数的发明 ， 以及这之间的对比关系来做一个详细的解释 ， 并对文中所提到的问题进行解答 。
马赫数的由来
马赫数的出现必须得提到一个人 ， 他就是恩斯特·马赫 。
他所处的时代是奥地利帝国 ， 是奥地利的物理学家和哲学家 。
恩斯特·马赫
他在物理学上做出最突出的贡献便是拍摄了一系列照片 ， 不要小看这些照片 ， 这些照片揭示了物体在高速移动状态下的运动表现 。
比如火花冲击波和弹道冲击波的照片 ， 照片揭示了当子弹或者炮弹以超音速的状态下移动时 ， 物体如何在其前方产生压缩空气 。
纹影法拍出的子弹在高速运动中的状态
而马赫使用纹影摄影拍摄记录下了这一切 ， 此后他在1887年发表了相关论文 。
论文中指出 ， 当空气中的物体运动时所形成的以声速c传播的球面扰动波 ， 而物体速度v大于c时 ， 波形前方会形成以物体为顶点的锥形包络面 。
锥面母线与物体运动方向所形成的角度之间的关系后来被普朗特命名为“马赫角” 。
马赫角
不过马赫数并不是由马赫本人亲自命名 ， 而是在后来的物理研究中 ， 瑞士航空工程专家雅各布·阿克雷特在20世纪的研究中发现 ， 如果指定气流速度v和地面声速a的比值为一特征数 ， 便能使粘性可压缩流动中相似属性的定义被极大的简化 。
这一发现使得人们重视起马赫数之间的比值关系 ， 以及不同流体间比值系数的重要性 。
那么这一比值关系是如何得到的呢？
如何理解马赫数
考虑到马赫主要应用在航天飞行方面 ， 在这里着重以气体为流体来进行分析说明 ， 因此就必须说到声速这个概念 。
声速
在气体或液体中 ， 声音由压缩波组成 ， 而固体中 ， 波是以两种不同的类型来进行传播 ， 纵波和横波 。
纵波局限在一个平面内 ， 这是唯一在气体和液体中传播的声波 。
而横波也被称作剪切波 ， 只出现在固体中 ， 因为只有固体才能支持弹性变形 ， 一般来讲 ， 横波以一对正交极化的形式出现 。
介于声波在不同介质下的传递 ， 声速是可变的 ， 这取决于波传播的物质特性 。
波传播
而在流体中 ， 只有介质的可压缩性和密度是重要因素 ， 因为流体不传递剪切应力 。
另外还需要知道的一点 ， 声波在其中传播的介质并不总是绝热地响应 ， 因此声速会随频率而变化 。
最早关于这种研究的实验是在19世纪 ， 由著名物理学家艾萨克·牛顿计算得出 ， 不过在后来的实验中 ， 人们更改了牛顿在当年计算出的数据 。
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