Tốc độ Mach là đơn vị tiêu chuẩn được sử dụng để mô tả tốc độ của một vật thể so với tốc độ âm thanh.
Định nghĩa và tính toán tốc độ Mach
Tốc độ Mach là đơn vị tiêu chuẩn được sử dụng để mô tả tốc độ của một vật thể so với tốc độ âm thanh. Tốc độ của âm thanh đề cập đến tốc độ lan truyền sóng âm trong môi trường trong những điều kiện nhất định, trong khi tốc độ Mach là tốc độ của một vật thể so với tốc độ âm thanh. Do đó, tốc độ Mach cũng có thể được sử dụng để đo khả năng bay của một vật thể với tốc độ siêu âm.
Công thức tính số Mach là: M = v/c, trong đó M tượng trưng cho số Mach, v tượng trưng cho tốc độ của vật, còn c tượng trưng cho tốc độ âm thanh. Ví dụ: khi một chiếc máy bay di chuyển với tốc độ gấp đôi âm thanh thì số Mach là 2.
Tốc độ Mach là một chỉ số rất quan trọng theo nhiều cách khác nhau. Trước hết, tốc độ Mach là một trong những chỉ số quan trọng để thiết kế máy bay và đánh giá hiệu suất chuyến bay. Khi bay ở tốc độ siêu âm, máy bay cần có tính năng khí động học ổn định để đối phó với các áp lực và lực cản khác nhau do bay tốc độ cao gây ra. Việc đo chính xác tốc độ Mach là rất quan trọng để đánh giá và xác minh hiệu suất của máy bay.
Trong ngành hàng không, chuyến bay siêu thanh mang đến nhiều thách thức và cơ hội. Có nhiều chỉ số chính cho chuyến bay siêu thanh, trong đó quan trọng nhất là số Mach. Số Mach là tỷ lệ tốc độ của một vật thể với tốc độ âm thanh. (Ảnh: Zhihu)
Tốc độ Mach cũng rất quan trọng đối với việc thiết kế hệ thống truyền động và động cơ của máy bay. Chuyến bay siêu thanh đòi hỏi công suất và lực đẩy cao hơn để vượt qua lực cản không khí và duy trì chuyến bay ổn định. Tốc độ Mach xác định lực đẩy và tỷ lệ lực đẩy mà máy bay yêu cầu, từ đó ảnh hưởng đến yêu cầu thiết kế của hệ thống điện và hệ thống đẩy.
Tốc độ Mach cũng ảnh hưởng đến tính chất vật liệu và cấu trúc của máy bay. Chuyến bay siêu âm đòi hỏi vật liệu có độ bền kéo cao và khả năng chịu nhiệt độ cao để đối phó với các hiệu ứng nhiệt khí động học và căng thẳng trong chuyến bay tốc độ cao. Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu phải tính đến những thách thức và rủi ro khác nhau do tốc độ Mach gây ra.
Tốc độ Mach cũng quyết định những vấn đề và hạn chế mà máy bay có thể gặp phải khi bay siêu thanh. Ví dụ, chuyến bay siêu âm sẽ tạo ra lực cản khí động học và hiệu ứng nhiệt khí động học rất lớn, điều này sẽ làm tăng sự hao mòn của các cấu trúc và vật liệu. Đồng thời, tốc độ Mach cũng có thể dẫn đến khả năng cơ động và độ ổn định của máy bay kém hơn, đồng thời yêu cầu cao hơn đối với phi công. (Ảnh: Zhihu).
Những thách thức và cơ hội trong việc hiện thực hóa tốc độ Mach 15
Việc hiện thực hóa tốc độ Mach 15 phải đối mặt với nhiều thách thức như tính chất vật liệu, hiệu suất và an toàn năng lượng ở nhiệt độ cao và tốc độ cao, v.v., đòi hỏi phải liên tục đổi mới công nghệ và nghiên cứu khoa học.
Tuy nhiên điều này cũng sẽ thúc đẩy tiến bộ khoa học công nghệ và kích thích nhiều nghiên cứu khoa học hơn về giới hạn tốc độ. Thông qua khám phá chuyên sâu, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về tác động của chuyển động siêu tốc đối với vật chất và sự sống, đồng thời hỗ trợ mạnh mẽ cho sự phát triển công nghệ trong tương lai.
Các tác động kinh tế xã hội sẽ định hình lại lối sống và cơ cấu kinh tế xã hội của con người với tốc độ vượt xa nhận thức. Nó sẽ thúc đẩy sự phát triển của thương mại toàn cầu, xe tự hành, giao thông thông minh và các lĩnh vực khác, đồng thời mang lại những thay đổi lớn cho nền kinh tế.
Quãng đường bay trong một giờ có thể xa tới hàng nghìn km
Để hiểu rõ hơn về quãng đường mà máy bay có tốc độ Mach 15 bay trong một giờ, chúng ta hãy thực hiện một số phép tính đơn giản. Nói chung, tốc độ bay của máy bay là từ 700 đến 900km một giờ và tốc độ Mach 15 vượt xa phạm vi này. Nói cách khác, tốc độ bay Mach 15 gấp hơn 20 lần so với máy bay hàng không dân dụng thông thường.
Bay hàng nghìn km trong một giờ không chỉ thể hiện sự tiến bộ về công nghệ của con người mà còn cho chúng ta thấy những phương pháp vận chuyển khả thi trong tương lai. (Ảnh: Zhihu).
Dựa trên phép ngoại suy này, một chiếc máy bay bay ở tốc độ Mach có thể đi được quãng đường hàng nghìn km trong một giờ. Giá trị cụ thể sẽ phụ thuộc vào việc máy bay duy trì tốc độ Mach 15 trong một giờ liên tục hay không. Ví dụ: nếu một chiếc máy bay bay với tốc độ Mach 15 trong một giờ và duy trì tốc độ, lộ trình không đổi, nó sẽ đi được quãng đường khoảng 18.360 km.
Đó là một con số vô cùng đáng kinh ngạc. Với chuyến bay Mach 15 kéo dài một giờ, chúng ta có thể bay từ Brazil ở Nam Mỹ đến Nam Phi ở châu Phi hoặc từ Hoa Kỳ ở Bắc Mỹ đến Trung Quốc ở châu Á. Dù là đi công tác hay bay đường dài, tốc độ bay này sẽ rút ngắn đáng kể thời gian di chuyển và mang đến cho mọi người nhiều sự thuận tiện và lựa chọn hơn.
Tuy nhiên, điều đáng chú ý là hiện tại chưa có máy bay thương mại nào có khả năng đạt tốc độ Mach 15. Máy bay thương mại nhanh nhất hiện nay là dòng 747 của Boeing, có tốc độ bay khoảng 900 km/h. Tốc độ của Mach 15 là khoảng 18.360 km/h, gấp gần 20 lần tốc độ của nó. Vì vậy, tốc độ bay Mach 15 chỉ tồn tại trong việc nghiên cứu và lĩnh vực hàng không quân sự.
Một khi công nghệ bay tốc độ cao này trưởng thành và được thương mại hóa, việc bay sẽ trở nên nhanh hơn và hiệu quả hơn. (Ảnh: Zhihu).
Trong mọi trường hợp, tốc độ Mach thể hiện sự theo đuổi tốc độ cực cao và tiến bộ phát triển công nghệ của nhân loại. Những đột phá công nghệ trong tương lai sẽ giúp con người đạt được tốc độ vận chuyển nhanh hơn và thuận tiện hơn đồng thời đảm bảo an toàn và bền vững về môi trường.