马赫(Mach number)是表示速度的量词,用于描述物体运动速度与介质中声速的比值。其定义和特性如下:
一、基本定义
公式:$Mach = \frac{V}{a}$
其中,$V$ 是物体的速度,$a$ 是介质中的声速。
单位:无量纲数(即比值单位)。
二、与音速的关系
1马赫:等于1倍音速,约为343米/秒(1225公里/小时)。
实际应用:飞机、导弹、火箭等高速运动物体的速度常以马赫数表示。例如:
战斗机常用3.0-3.5马赫;
空客A350最大马赫数约0.85(约300公里/小时)。
三、重要特性
相对性:
音速随温度、压力和介质密度变化。例如,高空(低温)时音速降低,海平面标准大气压下约为343米/秒。
非绝对单位:
马赫数并非固定值,需结合具体环境计算。例如,1马赫在海平面是343米/秒,但在15公里/小时的高空约为324米/秒。
物理意义:
用于描述可压缩流体的激波形成条件。当物体速度超过音速时,会产生马赫锥(激波前沿)。
四、应用领域
航空航天:研究超音速飞行器的气动性能;
军事技术:如导弹制导、战斗机性能指标;
气象学:分析声波传播特性。
五、历史背景
由奥地利物理学家恩斯特·马赫(1838-1916)提出,用于解释高速运动中的激波现象,后成为航空航天领域的重要参数。
总结:马赫数是速度与音速的比值,具有相对性和非绝对性,是航空航天等领域的核心参数。