Nel regno della fisica, ci sono alcune barriere che gli esseri umani sono venuti a riconoscere. La più nota è la velocità della luce, la velocità massima alla quale tutta la materia convenzionale e tutte le forme di informazione nell’Universo possono viaggiare. Questa è una barriera che l’umanità potrebbe non essere mai in grado di superare, principalmente perché così facendo viola una delle leggi fondamentali della fisica – la Teoria della Relatività Generale di Einstein.
Ma per quanto riguarda la velocità del suono?, Questa è un’altra barriera in fisica, ma che l’umanità è stata in grado di rompere (diverse volte in effetti). E quando si tratta di rompere questa barriera, gli scienziati usano ciò che è noto come un numero di Mach per rappresentare il confine del flusso oltre la velocità locale del suono. In altre parole, spingendo oltre la barriera del suono è definito come Mach 1. Quindi, quanto velocemente devi andare a farlo?
Definizione:
Quando sentiamo il termine Mach 1 è facile supporre che sia la velocità del suono attraverso l’atmosfera terrestre. Tuttavia questo termine è più carico di quanto si possa pensare., La verità è che un numero di Mach è un rapporto piuttosto che una misura diretta effettiva della velocità. E questo rapporto è dovuto al fatto che la velocità del suono varia da una posizione all’altra, a causa delle differenze di temperatura e densità dell’aria.
Matematicamente, questo può essere definito come M = u / c, dove M è il numero di Mach, u è la velocità del flusso locale rispetto ai limiti (cioè, la velocità dell’oggetto che si muove attraverso il mezzo), e c è la velocità del suono in quel particolare mezzo (cioè atmosfera locale, acqua, ecc.).
Quando la velocità del suono è rotto, questo si traduce in quello che è noto come un “boom sonico”. Questo è il suono forte e crepitante associato alle onde d’urto create da un oggetto che viaggia più velocemente della velocità locale del suono. Gli esempi vanno da un aereo che rompe la barriera del suono a bracci in miniatura causati da proiettili che volano da, o la crepa di una frusta.,
Velocità del suono:
Fondamentalmente, la velocità del suono è la distanza percorsa in un certo periodo di tempo da un’onda sonora che si propaga attraverso un mezzo elastico. Come già notato, questo non è un valore universale, ma si riduce alla composizione del mezzo e alle condizioni di quel mezzo. Quando parliamo della velocità del suono, ci riferiamo alla velocità del suono nell’atmosfera terrestre. Ma anche questo è soggetto a variazioni.
Tuttavia, gli scienziati tendono a fare affidamento sulla velocità del suono misurata in aria secca (cioè, bassa umidità) e ad una temperatura di 20 °C (68 °F) come standard. In queste condizioni, la velocità locale del suono è di 343 metri al secondo (1,235 km/h; 767 mph) – o 1 chilometro in 2,91 s e 1 miglio in 4.69 s.
Classificazioni:
Come con la maggior parte dei rapporti, ci sono le approssimazioni e le categorie che vengono utilizzati per misurare la velocità dell’oggetto in relazione alla barriera del suono. Questo ci dà le categorie di subsonico, transonico, supersonico e ipersonico., Questo sistema di categorizzazione è spesso usato per classificare aerei o veicoli spaziali, il requisito minimo è che la maggior parte delle imbarcazioni classificate hanno la capacità di avvicinarsi o superare la velocità del suono.
Per gli aerei o qualsiasi oggetto che vola ad una velocità inferiore alla barriera del suono, si applica la classificazione subsonica., Questa categoria comprende la maggior parte dei jet pendolari e piccoli aerei commerciali, anche se alcune eccezioni sono state notate (cioè jet commerciali supersonici come il Concorde).
Poiché queste imbarcazioni non soddisfano o superano mai la velocità del suono, avranno un numero di Mach inferiore a uno e quindi espresso in forma decimale, cioè inferiore a Mach 0.8 (273 m/s; 980 km / h; 609 mph). In genere, questi velivoli sono ad elica e tendono ad avere ali ad alto rapporto di aspetto (snelle) e caratteristiche arrotondate.,
La designazione di transonic si applica a una condizione di volo in cui esiste una gamma di velocità del flusso d’aria attorno e oltre l’aeromobile. Queste velocità sono contemporaneamente al di sotto, a, e al di sopra della velocità del suono, che vanno da Mach 0.8 a 1.2 (273-409 m/s; 980-1,470 km/h; 609-914 mph). Aerei transonici quasi sempre hanno spazzato le ali, causando il ritardo di drag-divergenza, e sono azionati da motori a reazione.
La prossima categoria è aerei supersonici. Questi sono mestieri che possono andare oltre la compressione dell’aria che è la “barriera del suono.,” Queste imbarcazioni hanno generalmente un numero di Mach compreso tra 1 e 5 (410-1.702 m/s; 1.470–6.126 km/h; 915-3. 806 mph). Gli aerei progettati per volare a velocità supersoniche mostrano grandi differenze nel loro design aerodinamico a causa delle differenze radicali nel comportamento dei flussi sopra Mach 1.
Questi includono spigoli vivi, sezioni alari sottili e stabilizzatori di coda (aka. pinne) o canard (ali anteriori) che sono in grado di regolare. Le imbarcazioni che tipicamente hanno questa designazione includono moderni jet da combattimento, aerei spia (come l’SR-71 Blackbird) e il suddetto Concorde.,
L’ultima categoria è ipersonica, che si applica agli aeromobili che possono superare la velocità di Mach 5 e possono raggiungere velocità fino a Mach 10 (1.702–3.403 m/s; 6.126–12.251 km/h; 3.806–7.680 mph). Pochissimi aerei possono muoversi a tali velocità e tendono ad essere alimentati a razzo (come l’X-15), scramjet (come l’X-43 o HyperX) o veicoli spaziali che sono in procinto di lasciare l’atmosfera terrestre.
Un altro esempio sono gli oggetti che entrano nell’atmosfera terrestre. Questi possono assumere la forma di veicoli spaziali che effettuano il rientro, o meteoriti che sono passati attraverso e rotti nell’atmosfera terrestre., Ad esempio, la meteora che è entrata nei cieli sopra la piccola città di Chelyabinsk, in Russia, nel febbraio del 2013 viaggiava ad una velocità di circa 19,16 ± 0,15 km/s (68,436 – 69,516 km/h; 42,524 – 43,195 mph).
In altre parole, il meteorite stava viaggiando tra Mach 55 e 56 quando ha colpito la nostra atmosfera! Data la sua tremenda velocità, quando la meteora raggiunse i cieli sopra Chelyabinsk, creò un boom sonico così potente che causò ingenti danni a migliaia di edifici in sei città in tutta la regione., Questo danno, che includeva molte finestre che esplodevano, provocò il ferimento di 1.500 persone.
Quindi quanto è veloce Mach One? La risposta breve è che dipende da dove ti trovi. Ma in generale, è una velocità che supera circa 1200 km / h o 750 mph. Se sei capace di andare così veloce, romperai la barriera del suono, e le persone per miglia intorno ne sentiranno parlare!
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Per ulteriori informazioni, controlla l’articolo della NASA sul numero di Mach, ed ecco un link a una lezione sul numero di Mach.
Abbiamo registrato un episodio di Astronomia Gettato tutto sulla navetta spaziale. Ascolta qui, Episodio 127: Lo Space Shuttle degli Stati Uniti.
