Di dalam bidang fizik, ada halangan tertentu yang telah diketahui oleh manusia. Yang paling terkenal adalah kelajuan cahaya, kelajuan maksimum di mana semua bahan konvensional dan semua bentuk maklumat di Alam Semesta dapat bergerak. Ini adalah halangan yang mungkin tidak dapat dilalui oleh umat manusia, terutamanya kerana melanggar undang-undang fizik paling asas - Teori Relativiti Umum Einstein.
Tetapi bagaimana dengan kelajuan suara? Ini adalah satu lagi halangan dalam bidang fizik, tetapi yang dapat ditembusi oleh manusia (sebenarnya beberapa kali). Dan ketika hendak memecahkan halangan ini, para saintis menggunakan apa yang dikenali sebagai Mach Number untuk mewakili batas aliran melewati kelajuan suara tempatan. Dengan kata lain, menolak penghalang suara ditakrifkan sebagai Mach 1. Oleh itu, seberapa cepat anda perlu melakukan itu?
Definisi:
Apabila kita mendengar istilah Mach 1, mudah untuk menganggap bahawa ia adalah kelajuan suara melalui atmosfera Bumi. Bagaimanapun istilah ini lebih banyak dimuat daripada yang anda fikirkan. Yang benar adalah bahawa Nombor Mach adalah nisbah daripada pengukuran kelajuan langsung yang sebenarnya. Dan nisbah ini disebabkan oleh fakta bahawa kelajuan suara berbeza dari satu lokasi ke lokasi yang lain, kerana perbezaan suhu dan ketumpatan udara.
Secara matematik, ini boleh didefinisikan sebagai M = awak/c, di mana M adalah nombor Mach, awak adalah halaju aliran tempatan sehubungan dengan batas (iaitu kelajuan objek bergerak melalui medium), dan c adalah kelajuan suara dalam media tertentu (iaitu suasana tempatan, air, dll).
Apabila kelajuan suara rosak, ini menghasilkan apa yang dikenali sebagai "sonic boom". Ini adalah suara keras dan retak yang dikaitkan dengan gelombang kejutan yang dihasilkan oleh objek yang bergerak lebih cepat daripada kelajuan suara tempatan. Contohnya merangkumi pesawat yang memecahkan halangan suara hingga ledakan miniatur yang disebabkan oleh peluru yang terbang, atau retakan kapal terbang.
Kelajuan bunyi:
Pada asasnya, kelajuan suara adalah jarak yang dilalui dalam jangka masa tertentu oleh gelombang bunyi ketika ia menyebar melalui medium elastik. Seperti yang telah disebutkan, ini bukan nilai universal, tetapi bergantung pada komposisi medium dan keadaan medium tersebut. Apabila kita bercakap tentang kelajuan suara, kita merujuk kepada kelajuan suara di atmosfer Bumi. Tetapi walaupun itu boleh berubah.
Walau bagaimanapun, para saintis cenderung bergantung pada kelajuan suara yang diukur di udara kering (iaitu kelembapan rendah) dan pada suhu 20 ° C (68 ° F) sebagai standard. Dalam keadaan ini, kelajuan bunyi tempatan ialah 343 meter sesaat (1,235 km / j; 767 mph) - atau 1 kilometer dalam jarak 2,91 s dan 1 batu dalam 4,69 s.
Pengelasan:
Seperti kebanyakan nisbah, ada perkiraan dan kategori yang digunakan untuk mengukur kelajuan objek berkaitan dengan penghalang suara. Ini memberi kita kategori subsonik, transonik, supersonik, dan hipersonik. Sistem pengkategorian ini sering digunakan untuk mengklasifikasikan pesawat atau kapal angkasa, syarat minimumnya ialah kebanyakan kraf yang diklasifikasikan memiliki kemampuan untuk mendekati atau melebihi kecepatan suara.
Untuk pesawat terbang atau objek yang terbang dengan kelajuan di bawah penghalang bunyi, klasifikasi untuk subsonik berlaku. Kategori ini merangkumi kebanyakan jet komuter dan pesawat komersial kecil, walaupun beberapa pengecualian telah diperhatikan (iaitu jet komersial supersonik seperti Concorde).
Oleh kerana kerajinan ini tidak pernah memenuhi atau melebihi kelajuan suara, mereka akan mempunyai bilangan Mach yang kurang dari satu dan oleh itu dinyatakan dalam bentuk perpuluhan - iaitu kurang dari Mach 0,8 (273 m / s; 980 km / j; 609 mph). Biasanya, pesawat ini didorong oleh baling-baling dan cenderung mempunyai sayap nisbah aspek tinggi (langsing) dan ciri bulat.
Jawatan sebutan transonik berlaku untuk keadaan penerbangan di mana pelbagai halaju aliran udara ada di sekitar dan melewati pesawat. Kelajuan ini bersamaan di bawah, pada, dan di atas kelajuan suara, mulai dari Mach 0,8 hingga 1,2 (273-409 m / s; 980-1,470 km / j; 609-914 mph). Pesawat transonic hampir selalu mempunyai sayap yang menyapu, menyebabkan kelewatan drag-divergence, dan digerakkan oleh mesin jet.
Kategori seterusnya adalah supersonik kapal terbang. Ini adalah kapal yang dapat bergerak melampaui tekanan udara yang merupakan "penghalang suara." Kapal ini umumnya mempunyai bilangan Mach antara 1 dan 5 (410-1702 m / s; 1,470-6,126 km / jam; 915-3,806 mph). Pesawat yang dirancang untuk terbang dengan kelajuan supersonik menunjukkan perbezaan besar dalam reka bentuk aerodinamiknya kerana perbezaan radikal dalam perilaku aliran di atas Mach 1.
Ini termasuk tepi tajam, bahagian sayap nipis, dan penstabil ekor (alias sirip) atau canard (forewings) yang mampu menyesuaikan diri. Kerajinan yang biasanya mempunyai sebutan ini termasuk jet tempur moden, pesawat pengintip (seperti SR-71 Blackbird) dan Concorde yang disebutkan di atas.
Kategori terakhir adalah hipersonik, yang berlaku untuk pesawat yang dapat melebihi kelajuan Mach 5 dan dapat mencapai kecepatan setinggi Mach 10 (1,702–3,403 m / s; 6,126–12,251 km / jam; 3,806–7,680 mph). Sangat sedikit pesawat yang dapat bergerak dengan kelajuan seperti itu, dan cenderung berkuasa roket (seperti X-15), scramjet (seperti X-43, atau HyperX), atau kapal angkasa yang sedang dalam proses meninggalkan atmosfer Bumi.
Contoh lain ialah objek memasuki atmosfera Bumi. Ini dapat berupa kapal angkasa yang melakukan kemasukan kembali, atau meteorit yang telah melewati dan pecah di atmosfer Bumi. Sebagai contoh, meteor yang memasuki langit di atas bandar kecil Chelyabinsk, Rusia, pada bulan Februari 2013 bergerak dengan kelajuan sekitar 19,16 ± 0,15 km / s (68,436 - 69,516 km / j; 42,524 - 43,195 mph) .
Dengan kata lain, meteorit bergerak antara Mach 55 dan 56 ketika menghantam atmosfera kita! Memandangkan kepantasannya yang luar biasa, ketika meteor mencapai langit di atas Chelyabinsk, ia membuat ledakan sonik yang sangat kuat sehingga menyebabkan kerusakan yang besar pada ribuan bangunan di enam kota di seluruh wilayah. Kerosakan ini, yang merangkumi banyak tingkap yang meletup, mengakibatkan 1,500 orang cedera.
Jadi berapa cepat Mach One? Jawapan ringkasnya adalah bergantung kepada tempat anda berada. Tetapi secara umum, ia adalah kelajuan yang melebihi sekitar 1200 km / j atau 750 mph. Sekiranya anda mampu melakukan ini dengan pantas, anda akan memecahkan halangan suara, dan orang-orang di sekitar batu akan mendengarnya!
Kami telah menulis banyak artikel menarik mengenai suara di sini Space Magazine. Inilah Apa itu Suara ?, Apakah Jet Tercepat di Dunia ?, Apakah Rintangan Udara ?, dan Apa NASA Bunyinya?
Untuk maklumat lebih lanjut, lihat Artikel NASA mengenai Nombor Mach, dan berikut adalah pautan ke pelajaran tentang Nombor Mach.
Kami telah merakam satu episod Cast Astronomi mengenai kapal angkasa. Dengarkan di sini, Episod 127: Angkasa Luar Angkasa AS.
Sumber:
- NASA - Nombor Mach
- Wikipedia - Nombor Mach
- Aerospaceweb - Kelajuan Bunyi, Nombor Mach & Penghalang Bunyi
