一马赫的速度是多少公里(马赫的由来及运用要求)

 2022-09-14 08:08:22    28  


1971年以后,国际单位制确定了七个物理基本量所组成的物理量体系。以人类目前的认知来看,几乎所有物理问题都可以利用这七个基本物理量通过不同的方程式转换求出答案。然而在实际生活之中,如果所有问题都以基本物理量进行描述,其实是十分麻烦的一件事情。

以速度为例,速度最简单地理解为均匀直线运动过程中,单位时间内所经过的路程,一般有米/秒,千米/小时等等。可假如在某一个运动参考系之中,极短时间内通过的路程极大,这个时候再用米/秒或者千米/小时来形容就完全不合适了。正因如此,科学家们在基本的速度形容上面就引入了音速,光速等特定的速度参考值。

一马赫的速度是多少公里(马赫的由来及运用要求)



马赫的由来

很多人都听说过马赫这个词,可有关马赫这个词是什么意思却不太明白。比如电影中常说的一马赫指的是每秒行进多少米,十五马赫飞一小时又是多少公里?大家都没什么概念。

事实上,马赫虽然是表示物体运动速度的一个物理量,但主要是体现在相对数值上面。而所谓的相对数值,指的则是物体的运动速度除以声速最终得到的数值。为了方便理解,很多人便将一马赫看作是声速,也就是每秒340米的速度。按照这个逻辑来看,十五马赫飞行一小时,也就相当于速度达到了每小时18360公里。

一马赫的速度是多少公里(马赫的由来及运用要求)



可我们要知道的是,声速并不是恒定不变的。在固体,液体以及气体等不同介质的影响下我们求得的声速也不一样,所以马赫数值自然也不会一样。当然,马赫数等于一的时候,即表示一倍音速,这个是可以确定的。

人们之所以会创造这样一个特殊的速度形容词,主要就在于两个方面。一方面是为了更方便计算现实生活中所遇到的速度难题。比如在飞机和航天器的运动过程中,如果我们继续用米/秒,千米/小时这样的基本量来进行计算,实验数据就会变得无比复杂出现误差的可能性也就会越大

一马赫的速度是多少公里(马赫的由来及运用要求)



而另外一方面则是为了纪念奥地利物理学家恩斯特·马赫,和电流的首个使用者,法国物理学家安培一样,恩斯特·马赫作为历史上第一个引用这个单位物理量的科学家,自然能够享受同样的待遇。从此以后,人们在遇到大速度问题的时候,马赫便经常被人提起。如果不算光速这样的计算单位,那么马赫应该是人类目前在速度领域中提出的最大矢量

当然,未来究竟会不会有其他更加细致地划分,我们现如今暂时还无法知晓。只不过就目前为止,马赫的出现确实给人类带来了很多便利,我们在计算大速度运动的时候,也不再会因为数值的波动而苦恼,更不会为大数据的验算而发愁。

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物理学家恩斯特·马赫

提到物理学家恩斯特·马赫,很多人其实都不太了解,可事实上,他为物理学所做出的贡献绝对不容小觑。以爱因斯坦的广义相对论为例,这是对经典力学发起的一次巨大冲击,也是二十世纪物理学界最伟大的发现之一。它首次将许多科学家们原有的基本物理观念革新,让人类对世界有了一个全新的认知。但并没有多少人知道,广义相对论的雏形,其实就受到了马赫思想的影响

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在马赫看来,整个世界上的所有物质都是由一种中性的“要素”演化而来,我们所看到的,所想象到的一切事物,也基本上都是这种要素的复合体。“要素”存在于虚无,又从虚无影响整个世界。别说是那个时代的人,即便是放到现在,这种思维都是十分超前的。

不仅如此,马赫甚至想到用函数关系来寻找“要素”和现实之间的具体联系。如果真的找到了这个函数关系式,那么我们现如今所收获的一切知识都只不过是表象,只不过是要素关系的延伸。

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其实许多物理学家在第一次看到这种理解的时候,都会认为马赫的想法完全是异想天开。这种理论就像是“日心说”对“地心说”的冲击,让许多人大为震惊。假如我们生活中所有的一切都属于“假设”范畴内的东西,那么我们存在的证明又是什么?好在爱因斯坦为马赫用一种相对比较柔和的方式做出了解答,也就是相对论的提出。

爱因斯坦用科学的方法去解释哲学的问题,其根本理念和马赫是相同的。在爱因斯坦之前,马赫制造出许多让人难以理解的复杂数据,以此来证明科学定律和现实的联系其实更像是和人类思维的联系。可由于这些数据都实在是太难以理解,所以不少人甚至将马赫看作是神棍。

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事实上,相比于马赫的猜想,他一生的主要研究重心还是在实验物理学上面,马赫数便是他提出了超声学原理之后创造出来的一种相对数值。尽管在刚开始的时候并没有多少人能够理解这个全新的物理量,但随着时间的推移以及人类对世界更加全面的认识,马赫数如今已经成为了流体力学中的一个常用概念,基本单位以M表示。

马赫的运用要求

既然属于基本物理量的范畴,那么在使用马赫解决物理问题的时候,自然就会有一定的条件限制。当我们在以马赫为基本单位去解决问题的时候,就必须要同时给出高度和大气条件。如果以上两点都不能满足,那么我们用一马赫(即340米/秒)的速度测算出来的结果,必然会和实际结果存在较大的误差。

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要知道音速在除了在不同介质中的传播速度不同之外,在同一介质的不同状态下,传递速度也会不一样高度,温度以及密度等等,都会在一定程度上对速度的数值产生影响

因为这个特性的存在,所以我们即便在同一个地区的不同高度,最终得出来的马赫数也都不一样。一般情况下,高空空气稀薄,空气阻力下,马赫数就会更高一些;而低空空气含量丰富,阻力较大,马赫数自然也就会低一些。

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事实上不止是对马赫数的运用要求,其他许多类似的基本物理量在使用的时候,也会有一定的要求。这就很像我们在答题的时候,题目都会尽量的将变量完全锁定,这样才会方便我们进行作答。而我们在现实生活中对这些数值的考究,也就是为了让实际数据更加趋近理想化,极大程度上削弱变量的影响力。只有这样,我们在研究这种实际问题的时候,才有可能无限接近理论数值。

当然,有关于马赫的运用要求只需要稍作了解就行,大可不必执着于此。毕竟马赫数常用在各类飞行器上面,与我们的日常生活有一定的距离。科学家们对于这种数值的测量极其严格,也主要是尽可能地避免误差影响到最终的结果

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运用范围

和影视作品中的运用范围一样,马赫在现实生活中也会用来形容高速飞行器。我们经常听到的超音速飞机与亚音速飞机等等,就都是以马赫为单位。例如美国最著名的F-22战斗机,人们就经常会以2.25马赫来形容它的速度。如果换算为米/秒来形容,那大概就是765米每秒。仅仅从这一点上就可以看出来,F-22战斗机的性能究竟有多么强悍。

除去战斗机之外,航天飞行器也常常会用到马赫这个单位。以我们国家长征五号运载火箭为例,在“胖5“将卫星送入轨道的时候,它的速度就已经达到了33到34马赫之间,也就是11570米/秒。在这个速度下,别说是美国的F-22战斗机,就连弹道导弹的俯冲速度都只能达到十几马赫,这显然是无法追上运载火箭的速度的。

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当然,除去这些尖端科技产品之外,其他军事武器的运动速度都很难被马赫进行概括。例如RPG-7火箭筒的速度到达了0.8马赫,可人们最习惯的还是将它的速度描述为300米/秒。

马赫的影响

事实上,科学家们在了解了马赫之后,对其他物理变化量也有了新的推测。以加速度为例,不断变化的加速度或许在未来的研究中就会运用到类似马赫的猜想。当一个速度在运动过程中,加速度不断变化加快,且变化的曲线越来越大时,我们就有必要引入一个新的物理量来进行描述

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除此以外,随着人类科技的不断发展和人类认知的进步,像这样的特殊物理量必然会越来越贴近生活,我们普通人也自然需要有一定的了解才行。倘若未来的某一段时间里面,当人们在交流形容基本物理量变化的时候,我们完全不知道交流的含义是什么,那岂不是贻笑大方。

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可能很多人都认为这样的事情距离我们太过遥远,但以现如今的科技发展速度来看,谁又能说得准呢?现代物理世界观和古代物理世界观有着根本性的区别,发展时间却不过百年,当人类对世界的平均认知都开始提升的时候,自然不能“独自无知”

在科学史上,不少提出全新观念的人,都曾受到过前人的质疑。可他们在同代人眼中的异想天开,却成为了后世最宝贵的财富。一马赫的速度含义只不过是一个微小的物理缩影,而当这样的缩影越来越多的时候,我们自然就能感受到世界越来越多的精彩。

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结语

早在十九世纪末期,一部分物理学家就以曾将经典物理学看作是物理发展的尽头。在他们看来,未来的物理发展只剩下修修补补的工作了。可事实上,人类现如今所了解到的物理与真实世界的物理尽头绝对还有遥不可及的距离,我们怎敢妄下断言?

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不仅如此,类似于马赫一样的物理量究竟还有多少,谁又能够做出回答呢?要知道现如今人类对物理的研究探索早已不止局限于经典物理学,在高能物理以及量子力学的研究过程中,类似的相对量值必然会浮出水面。未来的科学探索之路,道阻且长。

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