Dalam ranah fisika, ada hambatan tertentu yang telah dikenal manusia. Yang paling terkenal adalah kecepatan cahaya, kecepatan maksimum di mana semua materi konvensional dan semua bentuk informasi di Semesta dapat melakukan perjalanan. Ini adalah penghalang yang umat manusia mungkin tidak pernah bisa lewati, terutama karena hal itu melanggar salah satu hukum fisika paling mendasar - Teori Relativitas Umum Einstein.
Tapi bagaimana dengan kecepatan suara? Ini adalah penghalang lain dalam fisika, tetapi yang bisa dipecahkan manusia (bahkan beberapa kali lipat). Dan ketika datang untuk memecahkan penghalang ini, para ilmuwan menggunakan apa yang dikenal sebagai Nomor Mach untuk mewakili batas aliran melewati kecepatan suara lokal. Dengan kata lain, mendorong melewati penghalang suara didefinisikan sebagai Mach 1. Jadi seberapa cepat Anda harus melakukan itu?
Definisi:
Ketika kita mendengar istilah Mach 1, mudah diasumsikan bahwa itu adalah kecepatan suara melalui atmosfer Bumi. Namun istilah ini lebih memuat dari yang Anda kira. Yang benar adalah bahwa Nomor Mach adalah rasio daripada pengukuran langsung kecepatan aktual. Dan rasio ini disebabkan oleh fakta bahwa kecepatan suara bervariasi dari satu lokasi ke lokasi berikutnya, karena perbedaan suhu dan kepadatan udara.
Secara matematis, ini dapat didefinisikan sebagai M = kamu/c, di mana M adalah nomor Mach, kamu adalah kecepatan aliran lokal sehubungan dengan batas (yaitu kecepatan objek bergerak melalui media), dan c adalah kecepatan suara dalam medium tertentu (mis. atmosfer lokal, air, dll).
Ketika kecepatan suara rusak, ini menghasilkan apa yang dikenal sebagai "ledakan sonik". Ini adalah suara keras dan retak yang dikaitkan dengan gelombang kejut yang diciptakan oleh objek yang bergerak lebih cepat dari kecepatan suara lokal. Contoh berkisar pesawat yang melanggar penghalang suara untuk ledakan miniatur yang disebabkan oleh peluru yang terbang oleh, atau celah dari bullwhip.
Kecepatan suara:
Pada dasarnya, kecepatan suara adalah jarak yang ditempuh dalam jumlah waktu tertentu oleh gelombang suara saat merambat melalui media elastis. Seperti yang sudah disebutkan, ini bukan nilai universal, tetapi turun ke komposisi medium dan kondisi medium itu. Ketika kita berbicara tentang kecepatan suara, kita merujuk pada kecepatan suara di atmosfer Bumi. Tetapi bahkan itu pun bisa berubah.
Namun, para ilmuwan cenderung mengandalkan kecepatan suara yang diukur di udara kering (mis. Kelembaban rendah) dan pada suhu 20 ° C (68 ° F) sebagai standar. Dalam kondisi ini, kecepatan suara lokal adalah 343 meter per detik (1.235 km / jam; 767 mph) - atau 1 kilometer dalam 2,91 detik dan 1 mil dalam 4,69 detik.
Klasifikasi:
Seperti kebanyakan rasio, ada perkiraan dan kategori yang digunakan untuk mengukur kecepatan objek dalam kaitannya dengan penghalang suara. Ini memberi kita kategori subsonik, transonik, supersonik, dan hipersonik. Sistem kategorisasi ini sering digunakan untuk mengklasifikasikan pesawat terbang atau pesawat ruang angkasa, persyaratan minimum adalah bahwa sebagian besar pesawat yang diklasifikasi memiliki kemampuan untuk mendekati atau melampaui kecepatan suara.
Untuk pesawat terbang atau benda apa pun yang terbang dengan kecepatan di bawah penghalang suara, klasifikasi di bawah kecepatan suara berlaku. Kategori ini mencakup sebagian besar jet komuter dan pesawat komersial kecil, meskipun beberapa pengecualian telah dicatat (mis. Jet komersial supersonik seperti Concorde).
Karena kerajinan ini tidak pernah memenuhi atau melampaui kecepatan suara, mereka akan memiliki nomor Mach yang kurang dari satu dan karenanya dinyatakan dalam bentuk desimal - yaitu kurang dari Mach 0,8 (273 m / s; 980 km / jam; 609 mph). Biasanya, pesawat ini digerakkan baling-baling dan cenderung memiliki rasio aspek tinggi (ramping) dan fitur bulat.
Penunjukan transonik berlaku untuk kondisi penerbangan di mana berbagai kecepatan aliran udara ada di sekitar dan melewati pesawat. Kecepatan ini berbarengan di bawah, pada, dan di atas kecepatan suara, mulai dari Mach 0,8 hingga 1,2 (273-409 m / s; 980-1,470 km / jam; 609-914 mph). Pesawat transonik hampir selalu memiliki sayap yang tersapu, menyebabkan keterlambatan drag-divergence, dan digerakkan oleh mesin jet.
Kategori selanjutnya adalah supersonik pesawat terbang. Ini adalah kerajinan yang dapat bergerak melampaui kompresi udara yang merupakan "penghalang suara." Kapal ini umumnya memiliki nomor Mach antara 1 dan 5 (410–1702 m / s; 1.470–6.126 km / jam; 915-3.806 mph). Pesawat yang dirancang untuk terbang dengan kecepatan supersonik menunjukkan perbedaan besar dalam desain aerodinamisnya karena perbedaan radikal dalam perilaku aliran di atas Mach 1.
Ini termasuk tepi yang tajam, bagian sayap tipis, dan penstabil ekor (alias. Sirip) atau canard (forewings) yang mampu menyesuaikan. Kerajinan yang biasanya memiliki penunjukan ini termasuk jet tempur modern, pesawat mata-mata (seperti Blackbird SR-71) dan Concorde tersebut.
Kategori terakhir adalah hipersonik, yang berlaku untuk pesawat terbang yang dapat melebihi kecepatan Mach 5 dan dapat mencapai kecepatan setinggi Mach 10 (1.702–3.403 m / s; 6.126–12.251 km / jam; 3.806–7.680 mph). Sangat sedikit pesawat yang dapat bergerak dengan kecepatan seperti itu, dan cenderung bertenaga roket (seperti X-15), scramjet (seperti X-43, atau HyperX), atau pesawat ruang angkasa yang sedang dalam proses meninggalkan atmosfer Bumi.
Contoh lain adalah benda yang memasuki atmosfer Bumi. Ini dapat berbentuk pesawat ruang angkasa yang melakukan masuk kembali, atau meteorit yang telah melewati dan memecah di atmosfer Bumi. Sebagai contoh, meteor yang memasuki langit di atas kota kecil Chelyabinsk, Rusia, pada bulan Februari 2013 melakukan perjalanan dengan kecepatan sekitar 19,16 ± 0,15 km / s (68,436 - 69,516 km / jam; 42,524 - 43,195 mph) .
Dengan kata lain, meteorit itu bergerak antara Mach 55 dan 56 ketika menghantam atmosfer kita! Mengingat kecepatannya yang luar biasa, ketika meteor itu mencapai langit di atas Chelyabinsk, meteor itu menciptakan ledakan sonik yang sangat kuat sehingga menyebabkan kerusakan besar pada ribuan bangunan di enam kota di seluruh wilayah. Kerusakan ini, yang termasuk banyak jendela yang meledak, mengakibatkan 1.500 orang terluka.
Jadi seberapa cepat Mach One? Jawaban singkatnya adalah itu tergantung di mana Anda berada. Namun secara umum, itu adalah kecepatan yang melebihi sekitar 1.200 km / jam atau 750 mph. Jika Anda mampu melaju secepat ini, Anda akan menghancurkan penghalang suara, dan orang-orang yang berkilo-kilometer akan mendengarnya!
Kami telah menulis banyak artikel menarik tentang suara di sini Space Magazine. Inilah What is Sound ?, Apa Jet Tercepat di Dunia ?, Apa itu Air Resistance ?, dan Seperti Apa Suara NASA?
Untuk informasi lebih lanjut, lihat Artikel NASA tentang Nomor Mach, dan di sini ada tautan ke pelajaran tentang Nomor Mach.
Kami telah merekam episode Pelemparan Astronomi tentang pesawat ulang-alik. Dengarkan di sini, Episode 127: The Space Shuttle AS.
Sumber:
- NASA - Nomor Mesin
- Wikipedia - Nomor Mach
- Aerospaceweb - Kecepatan Suara, Nomor Mesin & Penghalang Suara
