你知道1马赫有多快?为什么飞行器要用马赫来描述速度

似懂妃懂 2022-12-02 10:46:14

大家好, 我们今天讨论的话题是1马赫有多快。 我们都知道,自然界里的物体的速度是随着物体的运动而变化的,这也就是物体在不同位置处,其速度也不同(运动过程中)。

比如在匀速运动中,一辆车跑1公里大概需要6秒钟,那么它要达到1马赫需要多少时间呢? 答案就是:用时间除以频率/每秒公里来表示。 我们知道,这个世界上没有任何一种物体能够以很快的速度运动(因为没有摩擦力)。 那么问题来了,既然在不同位置、速度变化不大的情况下,物体能够以相同速度运动,那为什么飞行器要用马赫来表示速度呢?

1、因为飞行器的速度是根据物体所需的加速度来确定。

所以飞行器的速度就可以用物体的加速度,也叫速度)来表示。 当然,对于速度的描述是没有办法直接用加速度值去表示的。 比如我们日常生活中见到的汽车,如果要达到每小时100公里,那么需要什么加速度呢? 答案就是每小时0到4倍音速。 而这个0到4倍音速,就是我们所说地0-4 km/h。 也正是因为我们需要一个速度值,所以我们才会用加速度来表示速度(这一点与生活中所说地1000-1500米/秒差不多)。 也就是说,只有0-4 km/h这个速率(加速度)才能让飞行器达到1马赫(每秒1公里以上)速度的要求。

2、因为物体速度的大小,与运动速度有一定的关系。

我们都知道,物体的速度大小与其所受的外力大小有关。 外力越大,速度就会越小。 例如:假设一个圆柱体在一条直线上运动,如果以固定速率在直线上做匀速运动,那么圆柱体在一条直线上运动1秒钟,我们可以认为它以1米/秒的速率在直线上匀速运动。 但是如果把圆柱体垂直放置在平面内,比如我们把一个物体竖直放置在地面,当它以相同时间到达地面时(我们一般用1分钟的时间)后再竖直放置(即竖直高度变化不大),那么圆球的速度就是逐渐减小的。 因为圆形物体之间存在着大小、远近等距离变化的距离。 那么圆柱体和地面之间的距离就决定了它可以达到何种速度(即不同形状、不同位置)。

如果以一个固定速率进行匀速运动,那么圆柱体和地面上的距离也是不变的(即相同高度);如果以一个固定速率运动,那么圆柱与地面之间的距离就会随着圆柱体速度的变化而越来越大。 这个例子中,我们把速度定义为速度大小与它所受到的外力是成正比关系:即当物体以相同速度运动时所受外力越大,物体速度就会越小。 这也就是说:当物体达到了一种固定速率(相同位置)后再运动,它所受外力就会变小。

所以要想让一个物体能够很快、很远地达到一定速度(或运动状态)时所需消耗的能量就会很小。 如果以一种固定速率进行匀速运动,那么它就是一种缓慢运动状态了(即:一个物体在一条直线上匀速运动时它受到力大小是相等的);如果想要使一个物体以较大时速飞行时必须消耗更多能量(比如:在一个点上保持恒定速率进行匀速飞行),所以要让飞行器以较大马力在某一特定位置处以相同加速力飞行。

3、因为物体运动时,其所受到的力是一种变化着的,其大小和方向都会随着这个变化而变。

比如说,当我们在平地上走路时,其受到的力是水平的(即没有摩擦)。 那么当你跑在公路上的时候,由于路面是有摩擦力的,所以会受到垂直方向和水平方向不同的力(这也就是为什么我们在现实生活中总是感觉到自己的速度比别人快、快比别人慢等原因)。

注意:并不是说公路也能够跑出很高的速度来,因为公路本身就有很大的摩擦力。 同理,当你坐在飞机上去看世界时,因为没有空气阻力等因素影响,飞机所受到的力也是变化着的。 也就是说,在不同位置、不同速度下所受到的力(包括重力、浮力和万有引力)都会随着物体运动方向或状态而变化。注意:万有引力也可以看成是一种万有斥力、吸引力等等。那么飞行器想要达到1马赫这样非常快运动速度需要多少时间呢? 当然是需要很长时间啦(比如:飞机要到达1马赫所需要飞行多长时间)! 也就是我们通常说起来飞得快并不一定代表其速度要快,但如果速度真的很快的话,我们就会觉得:哇!

4、在飞行过程中,由于各种力之间的相互作用,使得我们所能得到的最大加速度也会不断减小。

那么,在实际飞行中,我们究竟能得到多大的加速度呢? 答案是:一般情况下,我们能够获取的最大加速度为2 G。 但我们需要注意以下几个关键点: 1、由于地球本身的引力,使得飞行器在飞行过程中所能获得的最大加速度会不断减小。 2、由于飞行器本身会受到各种力、包括:空气阻力/地球引力/太阳辐射/其他作用等因素影响,使得我们所能得到的最大加速度也会不断减小。 5、由于各种力对飞行器都有不同程度的影响,所以当飞行器所能获得很大加速度时,其相对于地球本身所应该获得的最大加速度其实是比较小的。

以上这些就是为什么我们在实际飞行中会通过马赫数(一般指1个周期内单位时间内所能获得的速度值)来描述飞行器所需达到的速度值(因为地球引力对飞行器速度影响很小)。 当然,除了上面这些原因以外,飞机本身也存在一些特殊情况(如:机翼受太阳辐射而引起气动特性改变)导致飞机在飞行过程中不能提供足够多的升力等。 因此我们经常看到下面这种飞机:

​5、也正是为了方便测量(计算)各种不同速度下,飞行器所需要消耗能量有多少。

当然,这里所说的能量只是单纯的速度。 以上五个因素都是不变的,也就是一台飞行器从0 km/h加速到1 km/h需要多少能量。 当然,现在随着科学技术的发展,人们对速度这个概念也在不断更新(不是说不重要,而是说它变得更快了)。比如大家经常能在网络上看到某公司发布的一款跑车的视频里这款跑车加速到100 km/h仅用了5秒。可以看到,车辆速度达到100 km/h只需要5秒,那这个速度到底有多快呢?

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