有一天,动物界举行全员赛跑运动会,参赛的除了兔子乌龟之外,还有蚂蚁、大象等体型太过悬殊的动物们。起初比赛进行的还算顺利,可当大家商量用何种单位来展示动物们的速度时,便出现了严重的分歧。
因为,蚂蚁气喘吁吁快速爬行的时候,大象撩开长腿几步就跑出了老远,更不要说鱼虾在水中游,鸟和蜜蜂等在空中飞。从体型到速度都有差异,甚至所处环境介质都不一样,所以难以统一单位也算情有可原。
眼看动物们束手无策,于是大家便求助更高等的动物人类。人类就说,他们每天其实也在为不同移动速度该如何衡量而发愁,好在聪明的人类发明了不同单位间的换算模式。
(一架正突破了音障的飞机)
比如步行就用米来计算;车船民航客机就用千米来计算;更高速度的超音速飞行器,诸如超音速战机、火箭、导弹等就用马赫来计算。这样一来,既能清晰展示不同物体的移动速度,也能精准的利用各衡量单位进行换算。
听了人类的介绍后,动物们纷纷感慨:这直立行走的猴子之所以能统治地球,原来是脑子里有真东西。
下面要接着说的,就是超音速飞行器的衡量单位——马赫。
超音速飞行的速度单位,为何用马赫代替千米?“马赫”这个词大多数人既熟悉又陌生。熟悉是因为常从各类资讯中,看到其用来指代某种高速飞行器的速度。陌生则由于大多数人对它知之甚少,其指代的速度究竟是多少,往往也是一知半解。
(可以超音速飞行的协和民航客机)
从惯常思维来看,某种物体移动速度是多少,只要进行累计即可。比如普通火车的时速为120千米,高铁的时速可以达到300-600千米,飞机的时速超过了800千米。移动速度加快,在原有的“千米”单位前增加数字就行。然而,数字的增加是有上限的,这个上限就是声音的传播速度。
音速又叫声速,可概括理解为声波在环境介质下的传递速率。环境介质不同,音速也就有快有慢。日常所说的“音速“,指的是声音在空气介质中行进的速度,换算成距离单位大约为每秒343.2米,即每小时1236千米。
看起来这个单位数值可以固定,可实际上即便是在空气中,由于高度、密度、湿度以及温度等差异,音速的数值也会有变化。
(2.92马赫下飞机产生的音爆)
比如万米高空的音速大约为295米每秒,但若是降低到海平面的高度,其速度就成了331.5米每秒;除了高度有差异外,空气中温度每升高一摄氏度,音速也会以每秒大约0.6米的速度增加。
目前人类社会中,能超过音速移动的物体只有飞行器。如果用常规的速度单位来衡量不是不可以,但是一方面这样的数值会很大,另一方面无法精准表达飞行器所处环境介质的具体情况。于是在专业的表达领域,就出现了马赫这个单位。
又因为声音在空气中传播速度随着环境而改变,马赫所代表的只是一个相对单位,所以”一马赫“的具体速度并不固定。