Сверхзвуковая скорость

В аэродинамике часто скорость характеризуют числом Маха, которое определяется следующим образом: ${\displaystyle M={\frac {u}{c_{s}}}}$, где u — скорость движения потока или тела, ${\displaystyle c_{s}}$ — скорость звука в среде. Звуковая скорость определяется как ${\displaystyle c_{s}={\sqrt {\gamma {\frac {p}{\rho }}}}}$, где ${\displaystyle \gamma }$ — показатель адиабаты среды (для идеального n-атомного газа, молекула которого обладает ${\displaystyle i}$ степенями свободы он равен ${\displaystyle {\frac {i+2}{i}}}$). Здесь ${\displaystyle i=n_{p}+n_{r}+2n_{c}}$ — полное число степеней свободы молекулы. При этом, количество поступательных степеней свободы ${\displaystyle n_{p}=3}$. Для линейной молекулы количество вращательных степеней свободы ${\displaystyle n_{r}=2}$, количество колебательных степеней свободы (если есть) ${\displaystyle n_{c}=3n-5}$. Для всех других молекул ${\displaystyle n_{r}=3}$, ${\displaystyle n_{c}=3n-6}$.

При движении в среде со сверхзвуковой скоростью тело обязательно создаёт за собой звуковую волну. При равномерном прямолинейном движении фронт звуковой волны имеет конусообразную форму, с вершиной в движущемся теле. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил).

Аналогичные эффекты испускания волн движущимися телами характерны для всех физических явлений волновой природы, например: черенковское излучение, волна, создаваемая судами на поверхности воды.

При обычных условиях в атмосфере скорость звука составляет примерно 331 м/сек. Более высокие скорости иногда выражаются в числах Маха и соответствуют сверхзвуковым скоростям, при этом гиперзвуковая скорость является частью этого диапазона. НАСА определяет «быстрый» гиперзвук в диапазоне скоростей 10-25 М, где верхний предел соответствует первой космической скорости. Скорости выше считаются не гиперзвуковыми скоростями, а «скоростями невозврата» космических аппаратов на Землю.

Начальная скорость пули большинства образцов современного огнестрельного оружия больше 1 М.

Космические аппараты и их носители, а также большинство современных истребителей разгоняются до сверхзвуковых скоростей. Также было разработано несколько пассажирских сверхзвуковых самолётов — Ту-144, Конкорд.

Ведутся работы над сверхзвуковым реактивным самолётом с тремя двигателями Lockheed Martin N+2[1] и Aerion AS2.

• Молекулы кислорода при обычной комнатной температуре движутся со сверхзвуковой средней скоростью, составляющей около 480 метров в секунду[2].

• Скорость звука
• Число Маха
• Гиперзвуковая скорость
• Звуковой барьер
• Сверхзвуковой самолёт