Nel più semplice dei termini, il numero di Mach è una rappresentazione della propria velocità in relazione alla velocità del suono. In altre parole, è un rapporto tra la velocità di un oggetto rispetto alla velocità del suono all’interno dello stesso ambiente.
Poiché la velocità del suono cambia a seconda del mezzo attraverso il quale viaggia, della temperatura di quel mezzo e di molte altre variabili, il numero di Mach non è un numero definito, ma un rapporto utilizzato per il confronto relativo per qualsiasi oggetto in movimento.
Mach 1 è anche noto come (o equivalente a) barriera del suono. Quando un oggetto raggiunge e poi supera la barriera del suono (il che significa che ora sta viaggiando più velocemente del suono che sta creando), crea un fenomeno noto come boom sonico. Questo è quando tutte le onde sonore create dall’oggetto si comprimono insieme, quindi arriva all’ascoltatore tutto in una volta, suonando come un forte boom.
Come calcolare il numero di Mach
Calcolare il numero di Mach è più facile di quanto pensi!
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Calcolare il numero di Mach di qualsiasi oggetto è semplice fintanto che si conosce la velocità alla quale l’oggetto sta viaggiando e la velocità con cui il suono viaggia nello stesso ambiente.
Usa questa equazione. Dove tu è la velocità del tuo oggetto (in qualsiasi termine di velocità), e C è la velocità del suono in quel mezzo (negli stessi termini di velocità).
Con questa equazione, puoi vedere che valori uguali nel numeratore e nel denominatore (il che significa che il tuo oggetto sta viaggiando alla stessa velocità del suono nello stesso mezzo) ti danno un valore di uno, o Mach 1. Quindi, se un oggetto sta viaggiando a due volte la velocità del suono in quel mezzo, allora avrebbe un valore di Mach 2, e così via.
Il numero di Mach è una divisione semplice. Quindi, se stai usando le miglia come misura della velocità, per calcolare il tuo numero di Mach approssimativo devi dividere le miglia all’ora per 767,26 (la velocità del suono nell’aria al livello del mare in miglia all’ora).
Perché il nome Mach?
Jakob Ackeret ha sviluppato il numero di Mach per l’uso in aerodinamica, ma è utile in molti modi.
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Ernst Mach è stato uno scienziato influente nel diciannovesimo secolo. Ha condotto un lavoro importante nell’area delle onde d’urto e del comportamento della luce in diversi media. Inoltre, ha pubblicato importanti informazioni sulle sue osservazioni di oggetti che viaggiano a velocità supersoniche.
L’ingegnere aeronautico svizzero Jakob Ackeret, uno dei più influenti esperti di aviazione del XX secolo, ha proposto l’uso del nome di Mach come misura del numero di Mach. Ciò è stato fatto in omaggio al contributo di Ernst Mach all’aeronautica.
Quando viene utilizzato, quanto è utile?
I tachimetri classici sono meno utili a velocità più elevate, ma il numero di Mach è più facile da comprendere per noi.
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Sebbene possiamo usare il numero di Mach per misurare la velocità di qualsiasi oggetto o veicolo attraverso qualsiasi mezzo, in genere lo usiamo nell’aviazione per i veicoli che viaggiano nell’aria. Questo perché è più utile misurare la velocità di un veicolo in unità precise e comprensibili. I veicoli nell’aviazione possono avvicinarsi più facilmente a velocità che possiamo misurare in termini di velocità del suono. Le miglia all’ora non si traducono molto bene nella nostra intuizione di viaggiare attraverso l’aria.
I veicoli terrestri non si avvicinano regolarmente a queste velocità, quindi utilizziamo un’unità di velocità inferiore (miglia, chilometri, ecc.). Famose eccezioni a questo includono i veicoli costruiti per battere i record di velocità su terra. Questi veicoli si avvicinano e superano regolarmente Mach 1.
I veicoli nautici calcolano la loro velocità utilizzando i nodi. Questo è utile nell’Oceano dove l’ambiente circostante a un veicolo è in costante movimento. A causa della resistenza e dell’attrito inerenti al viaggio sull’acqua, questi veicoli non si avvicinano a Mach 1.
Il numero di Mach non può essere utilizzato nello spazio. Poiché il suono non viaggia nello spazio, è impossibile calcolare il numero di Mach.
Come usare correttamente il numero di Mach
Anche tu puoi imparare a usare il numero di Mach.
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È importante capire che il numero di Mach è una misura relativa della velocità. Non è un’unità assoluta di velocità o distanza.
Quando si calcola il numero di Mach, assicurarsi di utilizzare la velocità del suono all’interno di un mezzo simile. Ad esempio, sebbene un oggetto possa viaggiare a 500 miglia all’ora sulla Terra e su Marte, il numero di Mach in ciascuna posizione sarà diverso.
È anche meglio usare il numero di Mach per oggetti o veicoli che viaggiano a velocità che hanno senso tradurre in un numero di Mach. Non è molto utile descrivere la velocità di un cane in termini di Mach, per esempio.
Quando si utilizza il numero di Mach, è importante ricordare che il numero segue l’unità di misura. (Mach 1, non 1 Mach).
Qual è Mach la velocità della luce?
La luce impiega 8 minuti e 20 secondi per viaggiare dalla superficie del sole alla Terra. Se il suono potesse viaggiare nello spazio, ci vorrebbero 19 anni per raggiungere la Terra.
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La velocità della luce è una costante universale. Ciò significa che sebbene la luce possa apparire per muoversi più lentamente, o propagarsi più lentamente attraverso diversi stati della materia, non lo fa. Viaggia sempre alla stessa velocità di 670.616.629 miglia all’ora, o C.
Usando la nostra equazione per calcolare il numero di Mach della velocità della luce, otteniamo Mach 874.030,49.
Come possiamo vedere, usare Mach per calcolare qualsiasi cosa relativa alla velocità della luce è al di là di ogni ragionevole comprensione o confronto. Di solito usiamo la velocità della luce solo con tutto ciò che riguarda le scienze stellari e interstellari e i collisori subatomici.
Velocità comparabili di oggetti popolari
Oltre ai nodi, il modo più popolare per misurare la velocità degli aerei veloci è con il numero di Mach.
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Aereo di linea commerciale
Il Boeing 747 può raggiungere una velocità di crociera di 559 miglia orarie, pari a Mach 0,85.
Space Shuttle
Durante il decollo, lo space shuttle doveva raggiungere una velocità di 18.000 miglia all’ora per entrare in un’orbita stabile attorno alla Terra. Questo è equivalente a Mach 23.4.
Ha iniziato il rientro nell’atmosfera terrestre a un’altitudine di 400.000 piedi. Normalmente rientrava a velocità superiori a 19.000 miglia all’ora, o Mach 25.
Proiettili
La velocità massima (velocità della volata) che un proiettile di fucile medio può raggiungere è di circa 1.700 miglia all’ora. Equivalente a Mach 2.2.
Fruste
La frusta è stato uno dei primi oggetti creati dall’uomo a rompere la barriera del suono. L’estremità della frusta può raggiungere velocità superiori a 1.434 miglia all’ora, o Mach 1,8. Il classico crepa quello che senti mentre usi una frusta è in realtà un boom sonico in miniatura prodotto dalla frusta stessa che infrange la barriera del suono.
