Какво е Мах 1 и защо има значение
Числата на Мах сравняват скоростта на потока на флуид покрай дадена граница със скоростта на звука. Важното обаче е, че не съществува универсална скорост на звука. Вместо това звукът се разпространява с различна скорост в зависимост от средата и температурата. Следователно ако даден обект има скорост Мах 1, тя е равна на скоростта на звука конкретно в средата, през която се движи въпросният обект.
Локалният характер на мярката може да я направи да изглежда маловажна в сравнение с универсалните константи. За всеки, който се опитва да достигне Мах 1, е важна локалната скорост на звука – а ако успее, тя може да стане важна и за хората около него.
Популярният пукот на камшиците се произвежда от т. нар. звуков удар
Тази скорост може да варира драстично в зависимост от температурата и материала, през който се движи предмета, както и слабо от някои други фактори. Въпреки това, макар че има Мах 1 за вода или всяка друга среда, той почти винаги се използва за движение във въздуха, особено на височините, на които обикновено летят самолетите.
Във въздуха Мах 1 се определя от температурата, която намалява с височината. Следователно, докато скоростта на звука често се дава като 343 м/с (1242 км/ч), което се случва при стайна температура, самолетите често могат да задминат Мах 1 при по-малко от 300 м/с.
Твърд обект, движещ се през газ, създава вълни на налягане пред и зад себе си. Те се движат със скоростта на звука в този газ и за нещо толкова голямо като самолет са сила, с която трябва да се съобразяваме. С увеличаването на скоростта на обекта вълните се пресичат, което при Мах 1 създава известния звуков удар, който не само е смущаващо силен, но може да и да предизвика падане на парчета от сгради. Затова има ограничаване на полетите, които биха предизвикали подобни вълни над населени места.
Дори приближаването до Мах 1 създава проблеми. Когато самолетите се доближат до скоростта на звука, те изпитват значително по-голямо аеродинамично съпротивление и могат да станат по-трудни за управление. В един момент в историята по тази причина Мах 1 е наречена „звукова бариера“, а вестниците по това време предполагат, че е невъзможно тя да бъде надхвърлена.
Неточната аналогия между Мах 1 и c – скоростта на светлината във вакуум – е заблудила много хора. Превишаването на Мах 1 се е смятало за почти невъзможно за безопасно изпълнение със самолет, докато Чък Йегер не го правил, което води до термина „звукова бариера“. Вследствие на това, след като тази бариера е преодоляна и реактивните самолети започват редовно да надвишават скоростта на звука, много хора предполагат, че скоростта на светлината ще се окаже също толкова лесна за надмогване.
Това допринесе за широкото възприемане на понятия като „Фактор на деформация 5“ в „Стар Трек“, сякаш става въпрос просто за инженерен проблем, както построяването на самолети, които могат да летят със скорост 5 Маха. Това е чудесна научна фантастика, но проблемите започват, когато хората повярват в нея въпреки реалните разлики.
Важно е да се отбележи, че фактът, че локалната скорост на звука може да бъде надхвърлена, никога не е бил под съмнение. Плющенето на камшика идва от малкия звуков удар, който се случва на върха му. Гръмотевицата се получава от подобна ударна вълна във въздуха. Предизвикателството беше да се увеличи мащабът на пътуващия обект.
Междувременно, повече от век след като Айнщайн публикува специалната теория на относителността, нямаме доказателства за нещо, което да пътува по-бързо от скоростта на светлината, независимо дали става дума за тахиони или обикновена материя.
Между другото, официалната дефиниция на Мах 1 се отнася за скоростта, с която течност преминава през граница, но ние обикновено мислим за нея като за скоростта, с която се движи твърд обект като самолет. Не се притеснявайте от това разминаване. Тъй като всяко движение е относително, ако скоростта, с която се движи самолетът, се измерва спрямо въздуха около него, а не спрямо земята, въздухът ще тече покрай него със същата скорост в обратна посока… От значение е относителното движение на двете. Следователно самолетът, който се движи по посока на вятъра, може да се движи по-бързо спрямо земята, отколкото е скоростта на звука във въздуха, през който се движи, без да надвишава Мах 1 и да създава звуков удар.
