- Сверхзвуковая скорость
-
Сверхзвукова́я ско́рость — скорость частиц вещества выше скорости звука для данного вещества или скорость тела, движущегося в веществе с более высокой скоростью, чем скорость звука для данной среды.
Содержание
Теория
В аэродинамике часто скорость характеризуют числом Маха, которое определяется следующим образом: , где u — скорость движения потока или тела, — скорость звука в среде. Звуковая скорость определяется как , где — показатель адиабаты среды (для идеального n-атомного газа, молекула которого обладает степенями свободы он равен ). Здесь — полное число степеней свободы молекулы. При этом, количество поступательных степеней свободы . Для линейной молекулы количество вращательных степеней свободы , количество колебательных степеней свободы (если есть) . Для всех других молекул , .
При движении в среде со сверхзвуковой скоростью тело обязательно создаёт за собой звуковую волну. При равномерном прямолинейном движении фронт звуковой волны имеет конусообразную форму, с вершиной в движущемся теле. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил).
Аналогичные эффекты испускания волн движущимися телами характерны для всех физических явлений волновой природы, например: черенковское излучение, волна, создаваемая судами на поверхности воды.
Классификация скоростей в атмосфере
При обычных условиях в атмосфере скорость звука составляет примерно 331 м/сек. Более высокие скорости иногда выражаются в числах Маха и соответствуют сверхзвуковым скоростям, при этом гиперзвуковая скорость является частью этого диапазона. НАСА определяет «быстрый» гиперзвук в диапазоне скоростей 10-25 М, где верхний предел соответствует первой космической скорости. Скорости выше считаются не гиперзвуковой скоростью, а «скоростью возврата» космических аппаратов на Землю.
Сравнение режимов
Режим Числа Маха км/ч м/сек Общие характеристики аппарата Дозвук <1.0 <1230 <340 Наиболее часто самолет с пропеллером или с ТВД, прямые или скошенные крылья. Трансзвук (англ.)русск. 0.8—1.2 980—1470 270—400 Воздухозаборники и слегка стреловидные крылья, сжимаемость воздуха становится заметной. Сверхзвук 1.0—5.0 1230—6150 340—1710 Более острые края плоскостей, хвостовое оперение цельноповоротное. Гиперзвук 5.0—10.0 6150—12300 1710—3415 Охлаждаемый никелево-титановый корпус, небольшие крылья. (X-43) Быстрый гиперзвук 10.0—25.0 12300—30740 3415—8465 Кремниевые плитки для теплозащиты, несущее тело аппарата вместо крыльев. «Скорость возврата» >25.0 >30740 >8465 Аблятивный тепловой экран, нет крыльев, форма капсулы. Сверхзвуковые Объекты
Космические корабли и их носители, а также большинство современных истребителей разгоняются до сверхзвуковых скоростей. Также было разработано несколько пассажирских сверхзвуковых самолетов - Ту-144, Конкорд, Аерион. Скорость вылета пули большинства образцов современного огнестрельного оружия больше М1. [1]
Интересные факты
- Молекулы кислорода при обычной комнатной температуре движутся со сверхзвуковой средней скоростью, составляющей около 480 метров в секунду.[2]
См. также
Примечания
- ↑ Hypography - Science for everyone - Whip Cracking Mystery Explained
- ↑ Телепортация: прыжок в невозможное / Дэвид Дарлинг. — Москва: Эксмо, 2008. — 300 с. — (Открытия, которые потрясли мир). — 3100 экз.
Категория:- Аэродинамика
Wikimedia Foundation. 2010.