מספר מאך

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
התעבות סביב מטוס F/A-18 הורנט שנע במהירות קרובה למאך 1

מספר מאך היא יחידת מידה חסרת ממד למדידת מהירות המוגדרת כיחס בין המהירות הנמדדת ובין מהירות הקול בתווך הנתון. משתמשים במספר מאך בעיקר לתיאור מהירותם של עצמים בנוזל או בגז (למשל מטוסים באוויר), או לתיאור מהירותם של נוזלים בתעלות וצינורות שונים, כמנהרות רוח. מספר מאך נקרא על שמו של הפיזיקאי האוסטרי-צ'כי, ארנסט מאך.

במכניקת זורמים תופעות עם מספר מאך נמוך מ-1 או גבוה מ-1 הן שונות מאוד באופיין, ולכן נוהגים לאפיין זרימה כתת-קולית או כעל-קולית בהתאמה, כחלוקה גסה, ולצרכים הנדסיים נהוגות תת-חלוקות מדויקות יותר.

מכיוון שמהירות הקול עולה עם עליית הטמפרטורה, מהירותו של עצם הנמדדת במאך, תהיה תלויה בטמפרטורת הסביבה.

בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס בגובה פני הים, מהירות הקול באטמוספירה היא 340.3 מטר לשנייה (1225 קמ"ש, 761.2 מייל לשעה, 661.5 קשר או 1116 רגל לשנייה). יחד עם זאת 1 מאך אינו מספר הקבוע במהירות, ושינויי גובה, טמפרטורה ותנאים סביבתיים אחרים יכולים להשפיע על ערכו משמעותית.

זרימה סביב גופים במהירות גבוהה[עריכת קוד מקור | עריכה]

זרימה (או טיסה) במהירות גבוהה ניתנת לחלוקה למספר קטגוריות:

  • תת-קולית (מספר מאך קטן מ-1)
  • עבר-קולית (מספר מאך בין 0.8 ל-1.3)
  • קולית (מספר מאך שווה ל-1)
  • על-קולית (מספר מאך גדול מ-1)
  • היפר-קולית או שגא-קולית (מספר מאך גדול מ-5)

במהירויות עבר-קוליות (מספר מאך בין 0.8 ל-1.3), הזרימה סביב העצם כוללת אזורים בהם מתקיימת זרימה תת-קולית ואזורים אחרים בהם הזרימה על-קולית. כאשר האזורים הראשונים מגיעים לזרימה במהירות על-קולית (בכנפי מטוס אלו בדרך כלל חלקי הכנף העליונים) נוצר גל הלם שבו מאט האוויר חזרה את מהירותו למהירות תת-קולית (במטוסים : מיד מאחורי שפת הזרימה של הכנף) (איור 1א).

כאשר המהירות עולה, אזור הזרימה העל-קולית מתרחב והולך לעבר שפות ההתקפה והזרימה של הכנף. עם ההגעה למהירות הקול ומעבר לה, גל ההלם מתלכד עם שפת הזרימה ונחלש, הזרימה סביב כל הכנף נותרת על-קולית, גל הלם נוצר לפני הכנף ואזור קטן של זרימה תת-קולית מתקיים לפני שפת ההתקפה (איור 1ב).

Transsonic flow over airfoil 1.gif Transsonic flow over airfoil 2.gif
(א) (ב)

איור 1. מספר מאך בזרימה על-קולית סביב כנף; (א)מספר מאך קטן מ-1 ו (ב) מספר מאך גדול מ-1.

כאשר מטוס נע במהירות על-קולית, כלומר מהירות גבוהה ממאך 1, נוצר הפרש לחצים גדול לפני המטוס. הפרש לחצים זה, הקרוי "גל הלם" מתפשט אחורה ולצדדים בצורת חרוט. אדם שגל ההלם חוצה את מיקומו שומע רעש חזק מאוד הנקרא "בום על-קולי" וביכולתו אף לשבור זגוגיות של חלונות בבתים.

צורתו של החרוט דנן מושפעת ממהירות המטוס, ככל שזו עולה יהא החרוט מחודד יותר. במהירות מאך 1 החרוט נראה כקיר מכופף קלות לאחור בקצותיו.

ככל שהמהירות עולה, החרוט הופך להיות צר יותר ויותר והתווך מתחמם עד כדי כך שהוא מתיינן, זרימה כזו נקראת זרימה היפר-קולית. גופים המיועדים לנוע במהירות כזו חייבים להיות בנויים מחומרים עמידי חום מתאימים, שכן הגוף הנע יכול להנתך עקב החום העז.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]