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音速,馬赫

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音速,馬赫



音速

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聲音是彈性介質中的振動音速,顧名思義即是聲音

的速度,定義為單位時間內振動傳遞的距離。音速(

波傳遞的速度)與傳遞介質的材質狀況(密度、溫度、

壓力…)有絕對關係,而與發聲者(波源)本身的速度

無關,而發聲者(波源)與聽者(觀察者)間若有相對

運動關係,就形成了都卜勒效應;由此觀點,我們可以

知道,超音速時的諸多物理現象(震波音爆音障...),

其實與聲音無關,而是壓縮波密集累積所產生的物理現象

。聲音的傳播速度在固體最快,其次液體,而氣體的音速

最慢。通常音速是指在空氣中的音速,音速又會依空氣

狀態(如濕度溫度密度)不同而有不同數值。如攝氏

零度之海平面音速約為 331.5m/s(1193 km/h);一萬高空

之音速約為 295m/s(1062 km/h);另外每升高1攝氏度,音速

就增加0.607m/s。

固體中有兩種可能的聲波,其中一種是與流體相同的縱波

,另一種是流體沒有的橫波,兩種不同的聲波可以有不同的

傳播速度(例如地震波)。縱波形式的音速取決於介質的

壓縮率密度,而固體中橫波形式的音速取決於介質的剛度

密度

超流體中也存在兩種不同的「聲波」,第一種聲波是與平

流體相同的密度波,另一種是超流體特有的第二聲波

基本概念

聲音的傳播可以初步用一個簡化的模型來描述:許多用彈簧

連接起來的球。在真實世界中,球代表分子而彈簧代表分子

分子之間的交互作用力。


音速的一般公式

一般來說,音速 c 的大小有其公式,

c = \sqrt{\frac{B}{\rho}}

其中 B不可壓縮率ρ密度

因此音速隨著介質的不可壓縮率增加而變快,隨著介質的

密度增加而變慢。對於一般的狀態方程式,在經典力學

用範圍內,音速 c 可表示成

c^2=\frac{\partial p}{\partial\rho}

此處偏微分針對絕熱變化。

轉貼:

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%9F%B3%E9%80%9F

 

 

音速,馬赫

馬赫

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馬赫(英文:Mach number)是表示速度的量詞,又叫馬赫數

一馬赫即一倍音速:馬赫數小於1者為次音速,馬赫數大於5

左右為極音速;馬赫數是飛行的速度和當時飛行的音速之比

值,大於1表示比音速快,同理,小於1是比音速慢。

 \mathit{Ma} = {U\over C} \; .

,其中U為流速,C為音速。音速為壓力波(聲波)在流體

中傳遞的速度。馬赫數的命名是為了紀念奧地利學者

恩斯特·馬赫(Ernst Mach, 1838-1916)。

 

馬赫一般用于飛機、火箭等航空太空飛行器。由於聲音在

空氣中的傳播速度隨著不同的條件而不同,因此馬赫也只

是一個相對的單位,每「一馬赫」的具體速度並不固定。

在低溫下聲音的傳播速度低些,一馬赫對應的具體速度也

就低一些。因此相對來說,在高空比在低空更容易達到較

高的馬赫數。

1947年10月14日耶格爾駕駛X-1試驗飛機在加州南部上空

脫離B-29母機,上升到一萬二公里高空,並在此高度上達到

每小時1078公里的速度,首次突破音障,超過了一馬赫。

當馬赫數Ma<1.0 時,流體所受的壓力不足以壓縮流體,僅會

造成流體的流動。在此狀況下,流體密度不會隨壓力而改變,

此種流場稱為亞音速流(Subsonic flow),流場可視為不可壓

縮流場(Incompressible flow)。一般的水流及大氣中空氣的流

動,譬如湍急的河流、颱風風場和汽車的運動等,皆屬於不

可壓縮流場。但流體在高速運動(流速接近音速或大於音速)

時,流體密度會隨壓力而改變,此時氣體之流動稱為可壓縮

流場(Compressible flow)。當馬赫數Ma>1.0,稱為超音速流

(Supersonic flow),此類流況在航空動力學中才會遇到。

任何物體在高超音速飛行時其頭部的震波後方都會產生超高溫

氣流, 因此選擇抗熱材料是十分必要的。

馬赫的大約速度換算相當於340.3 m/s,又大約等同於1225 km/h

,761.2 mph,或者1116 ft/s。

分類

依照馬赫數的不同,流體分為幾種流況:

不可壓縮流

次音速不可壓縮流:M<0.3

可壓縮流

次音速可壓縮流:0.3≤M≤0.8

穿音速:0.8≤M≤1.2

超音速:1.2≤M≤5

極音速:5≤M

馬赫角

馬赫角定義為

 \mathit{u} = \arcsin{1\over M} \; .

是一個與馬赫數有關的函數。

轉貼:

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%A9%AC%E8%B5%AB

 

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台長: 仁哥
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