마하수란?
마하수(M)는 물체의 속도가 주변 매질에서의 음속에 비해 얼마나 빠른지를 나타내는 무차원 수입니다. 물리학자 에른스트 마흐(Ernst Mach)의 이름에서 따왔으며, 항공기·로켓·발사체 주위를 흐르는 공기의 압축성 효과를 설명할 때 공기역학과 유체역학에서 핵심적으로 쓰입니다.
계산기 사용 방법
물체의 속도와 현지 음속을 모두 초속 미터(m/s) 단위로 입력하세요. 15 °C 건조한 공기의 해수면 음속은 약 340~343 m/s이지만, 고도와 온도가 높아지면 음속이 달라지므로 실제 조건에 맞는 값을 사용해야 합니다. 계산기는 마하수와 함께 흐름 영역을 분류해 알려줍니다.
공식 풀이
마하수는 단순히 비율 $$M = \frac{v}{a}$$로 정의됩니다. 여기서 \(v\)는 물체의 속도, \(a\)는 같은 매질에서의 음속입니다. 둘 다 속도이므로 단위가 서로 상쇄되어 M은 차원이 없습니다. \(M < 1\)이면 아음속, \(M \approx 1\)이면 천음속, \(M > 1\)이면 초음속, \(M > 5\)이면 극초음속입니다.
예제로 알아보기
한 항공기가 현지 음속이 300 m/s인 환경에서 600 m/s로 비행한다고 합시다. 그러면 $$M = \frac{600}{300} = 2.0$$이 됩니다. 이 항공기는 마하 2로 비행 중이며, 초음속 영역에 해당합니다.
자주 묻는 질문
음속은 변하나요? 네. 음속은 주로 온도(따라서 고도)에 따라 달라집니다. 고도가 높을수록 음속이 낮아지므로, 같은 진대기속도라도 마하수는 더 높게 나옵니다.
음속 장벽이란 무엇인가요? 마하 1 부근(천음속 영역)에서 항력이 급격히 증가하는 현상을 가리킵니다. 음속 장벽을 돌파한다는 것은 \(M = 1\)을 넘어 가속하는 것을 뜻합니다.
다른 단위를 써도 되나요? 네. 속도와 음속을 같은 단위로 입력하기만 하면 단위가 상쇄되므로 마하수는 동일하게 나옵니다.
