Số Mach là gì?
Số Mach (M) là một đại lượng không thứ nguyên thể hiện vận tốc của một vật so với tốc độ âm thanh trong môi trường xung quanh. Được đặt theo tên nhà vật lý Ernst Mach, đại lượng này đóng vai trò nền tảng trong khí động học và động lực học chất lưu, giúp mô tả cách hiệu ứng nén ảnh hưởng đến luồng không khí bao quanh máy bay, tên lửa và các vật thể bay.
Cách sử dụng máy tính
Hãy nhập vận tốc của vật và tốc độ âm thanh tại chỗ, cả hai đều tính bằng mét trên giây (m/s). Tốc độ âm thanh ở mực nước biển trong không khí khô tại 15 °C vào khoảng 340–343 m/s, nhưng giá trị này giảm dần theo độ cao và nhiệt độ, vì vậy bạn nên dùng con số phù hợp với điều kiện thực tế. Máy tính sẽ trả về số Mach và phân loại chế độ dòng chảy tương ứng.
Giải thích công thức
Số Mach đơn giản là tỉ số
$$M = \frac{\text{Object Speed (m/s)}}{\text{Speed of Sound (m/s)}}$$\(M = v / a\), trong đó v là vận tốc của vật và a là tốc độ âm thanh trong cùng môi trường. Vì cả hai đều là vận tốc nên đơn vị triệt tiêu lẫn nhau, khiến M không có thứ nguyên. \(M < 1\) là dưới âm (subsonic), \(M \approx 1\) là cận âm (transonic), \(M > 1\) là siêu âm (supersonic), và \(M > 5\) là siêu thanh (hypersonic).
Ví dụ minh họa
Một máy bay bay với vận tốc 600 m/s ở nơi có tốc độ âm thanh là 300 m/s. Khi đó
$$M = 600 / 300 = 2{,}0$$Máy bay đang di chuyển ở Mach 2, tức nằm trong chế độ siêu âm.
Câu hỏi thường gặp
Tốc độ âm thanh có thay đổi không? Có. Nó phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ (và do đó là độ cao). Ở độ cao lớn, tốc độ âm thanh thấp hơn, nên cùng một vận tốc thực sẽ cho ra số Mach lớn hơn.
Rào cản âm thanh là gì? Đó là sự gia tăng đột ngột của lực cản khi đạt gần Mach 1 (vùng cận âm). Phá vỡ rào cản âm thanh nghĩa là tăng tốc vượt qua mốc \(M = 1\).
Tôi có thể dùng đơn vị khác không? Được, miễn là vận tốc và tốc độ âm thanh dùng cùng một đơn vị thì số Mach vẫn không đổi, vì các đơn vị sẽ triệt tiêu lẫn nhau.
