Machovo číslo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Stíhačka FA-18 Hornet při překročení zvukové bariéry

Machovo číslo, symbol Ma (dle ČSN ISO 31-12) nebo zřídka M, je jedno z tzv. podobnostních čísel, tedy charakteristická bezrozměrná fyzikální veličina používaná v aerodynamice. Udává poměr rychlosti pohybu tělesa určitým prostředím k rychlosti šíření zvuku v témže prostředí. Je hojně užívaná v technické praxi - např. v letectví se jím jakožto poměrem rychlosti letu k rychlosti zvuku udává rychlost letu, třebaže se nejedná o bezrozměrnou fyzikální jednotku, neboť vztažná rychlost šíření zvuku se mění (např. při změně tlaku, teploty či vlhkosti). Název nese po významném brněnském fyzikovi 19. století Ernstu Machovi.

Výpočet Machova čísla[editovat | editovat zdroj]

\mathrm{Ma} = \frac{v}{c},

kde v je rychlost pohybu tělesa, c je rychlost zvuku v daném prostředí.

Rychlosti Ma menší než 1 jsou podzvukové, je-li Ma větší než 1, jedná se o rychlosti nadzvukové.

Machovo číslo patří k tzv. podobnostním číslům v aerodynamice. Používá se v oblasti vyšších až vysokých rychlostí, kde se projevuje vliv stlačitelnosti vzduchu. Vzhledem k faktu, že rychlost zvuku je funkcí hustoty vzduchu, která se mění s výškou letu je konkrétní hodnota rychlosti zvuku proměnná a platná jen a pouze pro konkrétní stav atmosféry a danou výšku letu.

Pro technickou praxi se používá (nejen pro tyto účely) mezinárodní standardní atmosféra.

Pro ilustraci - u zemského povrchu odpovídá Ma = 1 rychlosti asi 1 225 km·h−1 (340,3 m·s−1), ve stratosféře pak rychlosti 1 060 km·h−1.

Překonání rychlosti zvuku[editovat | editovat zdroj]

S jevy okolo překonávání zvukové bariéry souvisí i zvukový efekt, sonický třesk, k němuž dochází při pohybu letadla okolo hranice rychlosti zvuku (zejména při rychlostech těsně pod touto hranicí). S tímto dějem souvisí Machův kužel, který popisuje způsob šíření vzruchu od daného objektu (letadla) vzduchem. Machův kužel, resp. jeho špici okolo letadla je možné v okamžiku přiblížení se rychlosti zvuku pozorovat díky extrémnímu zhuštění vodních par.

Tento jev se dnes s výhodou používá u moderních nadzvukových letadel k dosažení podzvukového obtékání nosných ploch. V případě nedostatečnosti se používají dodatečné konstrukční úpravy draku k vytvoření vhodného místa vzniku příslušných jevů, tzv. vortex generator, viz třeba F/A-18E/F Super Hornet.

Tento jev se všemi důsledky z toho plynoucími byl pozorován až po Machově smrti. Jev se může objevit i velkých bolidů, které velkou rychlostí proniknou do zemské atmosféry, celkem 9 supersonických třesků bylo zaznamenáno dne 15. února 2013 při pádu velkého bolidu na ruským uralským městem Čeljabinskem. Tento jev zde tehdy způsobil, mimo jiné, poškození nejméně 100 tisíc metrů čtverečních tabulového skla v oknech a dveřích a četná poranění asi 1000 osob.

Rychlost zvuku poprvé překonal 14. října 1947 pilot Charles “Chuck” Yeager na pokusném raketovém letadle Bell X-1, které bylo k tomuto účelu zkonstruováno.

Yeagerovo prvenství zpochybňuje a činí na ně nárok rovněž německý pilot Hans Guido Mutke, který tvrdil, že zvukovou bariéru překonal dne 9. dubna 1945 s letadlem Messerschmitt Me 262 Schwalbe. Toto tvrzení je však často zpochybňováno. Dalším člověkem činícím si nárok na titul prvního nadzvukového pilota je George Welch, který měl překonat zvukovou bariéru 1. října 1947, tedy dva týdny před Bell X-1, v letadle North American XP-86 Sabre. Mohlo se tak stát však pouze při střemhlavém letu a na krátkou chvíli, protože ani Me 262 ani XP-86 nemohou překonat rychlost zvuku při vodorovném letu v jakékoli letové hladině.

Označení vysokých rychlostí[editovat | editovat zdroj]

Označení Mach Znaky
Subsonická rychlost <0,8
Transsonická rychlost 0,8-1,2
Supersonická rychlost 1,2-5,0
Hypersonická rychlost 5,0-10,0
Vysoko-hypersonická rychlost 10,0-25,0
Znovuvstupní rychlost >25,0 Tupý tvar, velký tepelný štít

Pro porovnání: první kosmická rychlost u Země činí asi 7,9 km/s = Ma 22,82 ve vzduchu u mořské hladiny.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]