ارنست والدفرید یوزف ونتسل ماخ (به آلمانی: Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach) فیلسوف مشهور و فیزیکدان برجسته اتریشی در قرون نوزدهم و بیستم میلادی.

ماخ

ماخ دارای معانی زیر می‌باشد:

• ارنست ماخ یک فیزیکدان و فیلسوف چک-اتریشی.
• عدد ماخ یکای سرعت.
• ماخ پیر خراسانی، از گردآورندگانِ شاه‌نامه ابومنصوری.
• ماخ (هسته)، مدل معماری ریزهسته
• گنو ماخ، ریزهسته‌ی سیستم‌عامل گنو، مبتنی بر معماری ماخ

زندگی

در توراسبه دنیا آمد. او که در مکانیک کلاسیکدارای تئوریهای ارزشمندی است در شمار پیشقدمان نظریه آلبرت اینشتیندر مورد ایجاد مکانیک نسبیتیمحسوب می‌شود و نظریات خود را در دو جلد به نام علم مکانیک منتشر کرد.

ماخ، کرسی تاریخ و نظریه علم استقرایی در دانشگاه وینرا بر عهده داشت. کار عمده او پرورش بیشتر تجربه گراییبارکلیو هیومبود.

اندیشه

به اعتقاد ارنست ماخ در علم، تنها باید از واژگانی استفاده شود که به صورت تجربی قابل مشاهده‌اند و نمی‌توان در نظریه‌های علمی از واژگانی مانند میدان الکتریکیاستفاده کرد. گاهی از این دیدگاه به عنوان تجربه گرایی خامیاد می‌شود.

نخستین فیلسوفان علمو بیشتر فیزیکدانان و ریاضیدانان متمایل به منطق و فلسفه، اغلب از ماخ پیروی نکردند.

مرگ

او در روز ۲۹اکتبر۱۹۱۶ (میلادی)درگذشت.

·         عدد ماخ (Much number) یک عدد بی بعد است که بیان کننده نسبت سرعت جسم در سیال به سرعت صوت در همان سیال می باشد. و معمولا برای نشان دادن سرعت جسمی که نزدیک به سرعت صوت یا بالاتر از آن حرکت می کند، استفاده می شود.(هواپیما)

·         M=v/a

·         M: عدد ماخ

·         V: سرعت جسم

·         a: سرعت صوت

·         عدد ماخ به طور معمول برای سیالاتی که در سرعت های بالا مانند دیفیوزر، نازل یا تونل باد کار می کنند استفاده می شود.

·         در شرایط استاندارد در سطح آزاد دریا (دمای 15 درجه سلسیوس) سرعت صوت 340.3 m/s است. عدد ماخ 1 ثابت نیست بلکه بستگی به دما و شرایط محلی و فشار دارد. به طور مثال با افزایش سرعت صوت دما زیاد شده یعنی سرعت واقعی جسم در ماخ 1 بستگی به دمای اطراف آن سیال دارد. این عدد، عدد مهمی است چرا که رفتار سیالات در یک عدد ماخ، مشابه همدیگر است.

·         در سرعت نزدیک صوت میدان جریان اطراف شی شامل هر دو بخش زیر و مافوق صوت است. در ماخ بزرگتر از 1  محدوده سرعت "نزدیک صوت" شی را فرا می گیرد. در ایرفول ها مانند بال هواپیما این اتفاق در بالای بال می افتد. جریان های مافوق صوت در شوک های نرمال سرعتشان تا "سرعت نزدیک" صوت کم می شود.(شکل a)

·          

·         عدد ماخ جریان هوای"نزدیک صوت" در اطراف ایرفول

·         همانطور که سرعت افزایش می یابد، ناحیه M>1 در پشت و لبه ها افزایش می یابد. در M=1 شوک نرمال لبه ها ضعیف شده و جریان بعد از شوک کاهش پیدا می کند. سرعت جریان بعد از شوک کم می شود ولی همچنان مافوق صوت باقی می ماند. حال یک شوک طبیعی در جلوی جسم ایجاد می شود و تنها منطقه مافوق صوت در این جریان یک منطقه کوچک در اطراف لبه جسم است.(شکل b)

·          

·          

·          

·         وقتی عدد ماخ در هواپیما بیش از 1 باشد تفاوت فشار زیادی در جلوی بدنه هواپیما به وجود می آید. این اختلاف فشار ناگهانی موج شوک نامیده می شود و تا عقب هواپیما به حالت مخروطی گسترش می یابد(اصطلاحا ماخ مخروطی). این موج شوک ایجاد انفجار صوتی می کند و زمانی که هواپیما از بالای سر ما می گذرد قابل شنیدن است. اما مسافران داخل هواپیما این صدا را نمی شوند. در سرعت های بالاتر این موج مخروط باریک تر می شود. در ماخ 1 به سختی مانند مخروط است و بیشتر شکل مقعر به خود می گیرد.

·         در سرعت های مافوق صوت، موج شوک شروع شده و حالت مخروطی شکل به خود می گیرد، جریان کاملا مافوق صوت است و یک منطقه بسیار کوچکی از جریان در دماغه "زیر صوت" باقی می ماند.( در اجسام نوک تیز هیچ هوایی بین دماغه و موج شوک وجود ندارد. موج شوک از دماغه شروع می شود.)

·         با افزایش عدد ماخ موج شوک قوی تر شده و مخروط ماخ بسیار باریک می شود. با عبور سیال از موج شوک سرعت کم شده و فشار و دما و چگالی افزایش می یابد. شوک قوی تر تغییرات بزرگتری در بر خواهد داشت. در ماخ های بالا، دما آنقدر زیاد شده که یونیزاسیون و تفکیک مولکول های گاز در پشت موج شوک ایجاد می شود. این جریان ها را مافوق صوت گویند. از این رو انتخاب مواد مقاوم در برابر گرما اهمیت زیادی دارد.

·        

·         عدد ماخ به عنوان پارامتر تشابهی در بسیاری از معادلات جریان های تراکم پذیر، امواج ضربه ای و انبساطی کاربرد دارد. در تست تونل باد ممکن است عدد ماخ بین شرایط آزمایش و شرایط پرواز مطابقت داشته باشد. این کاملا نادرست است که ضریب درگ را در سرعت کم در نظر بگیریم(200 مایل بر ساعت) و آن را در دو برابر سرعت صوت به کار بریم (حدود 1400 مایل بر ساعت). تراکم هوا از لحاظ فیزیکی در این دو شرایط متفاوت است.

·         عدد ماخ بستگی به سرعت صوت در گاز و سرعت صوت نیز بسته به نوع و دمای گاز دارد. سرعت صوت در سیارات مختلف متفاوت است. اتمسفر زمین تشکیل شده از گازهای دو اتمی اکسیژن و نیتروژن و دما نیز به ارتفاع بستکی دارد. دانشمندان و مهندسان ناسا یک مدلی از جو برای کمک کردن به تغییرات دما در ارتفاعات مختلف طراحی کرده اند. جو مریخ هم بیشتر از دی اکسید کربن تشکیل شده پس مدل مشابهی از جو مریخ نیز موجو است. این به شما این امکان را می دهد تا از تغییرات سرعت صوت در سیارات دیگر نیز مطلع شوید.

عدد ماخ

هواپیمایی در حال عبور از سرعت صوت

عدد ماخ(به آلمانی: Mach-Zahl) طبق تعریف، نسبت سرعت شیئی در یک سیال به سرعت صوتدر همان سیال است. عدد ماخ یک پارامتر بی‌بعدو بدون یکااست که در آیرودینامیکجریان‌های تراکم‌پذیردارای اهمیت زیادی است. تعریف ریاضی عدد ماخ که با نشان داده می‌شود، به صورت زیر است:

که

• سرعت جریان گاز؛ و
• سرعت صوت در محیط است.

محتویات

• ۱ تاریخچه
• ۲ بررسی ابعادی
• ۳ وابستگی به دما
• ۴ منابع

تاریخچه

عدد ماخاز نام ارنست ماخ، فیلسوف و فیزیکدان چک – اتریشی تبار گرفته شده است.عدد ماخ بیشتر به عنوان یک کمیت بدون اندازه شناخته می‌شود تا یک واحد اندازه گیری، به این خاطر عدد در هنگام همراه بودن با کلمهٔ ماخ، بعد از آن قرار می گیرد.برای نوشتن دو ماخ به جای ۲ماخ (2 mach)، شکل ماخ 2 (mach2) بکار برده می شود.این کلمه تا اندازه ای یادآور واحد قدیمی ژرفاسنجیمدرن اقیانوس مارک مترادف قولاج است که زودتر از ماخ بوجود آمده و احتمالاً بر استفاده از واژهٔ ماخ تاثیر گذارده است.یک دهه قبل از انکه انسان سریعتر از صوت پرواز کند، مهندسان هوانوردی برای اشاره به سرعت صوت از کلمهٔ عدد ماخ استفاده می کردند، نه ماخ.

بررسی ابعادی

عدد ماخهم برای اجسام پرسرعت در حال حرکت در یک سیال و هم برای جریانات سیال پرسرعت در کانال هایی مانند نازل ها(nozzles)، پخش کن ها(diffiusers) یا تونل‌های باد مورد استفاده قرار می گیرد.از آنجایی که این عدد نسبتی از دو سرعت است، یک عدد بدون بعد محسوب می شود.در دمای ۱۵ درجهٔ سلسیوس، سرعت صوت در جو زمینبرابر است ( 761.2mph, 340.3m/s).سرعتی که بوسیلهٔ عدد ماخ نشان داده می‌شود یک عدد ثابت نیست.برای مثال این سرعت به دما و ترکیب جوی بستگی دارد.صرفنظر از ارتفاع، این سرعت در استراتسفر هوا کره ثابت باقی می ماند، اگرچه فشار هوابا تغییر ارتفاع تغییر می کند.

وابستگی به دما

از آنجایی که سرعت صوت همواره با افزایش دما، افزایش پیدا می‌کند، سرعت واقعی یک شی که با سرعت یک ماخ حرکت می‌کند به دمای مادهٔ سیال اطراف آن بستگی خواهد داشت.عدد ماخ به این دلیل مفید است که مادهٔ سیال در یک عدد ماخ مشابه، به شکل مشابهی رفتار می کند.بنابراین هواپیمایی که با سرعت یک ماخ بر سطح دریاپرواز می‌کند، موج شوک را به همان شکل دریافت می‌کند که اگر با سرعت یک ماخ در ارتفاع ۱۱۰۰۰ متری پرواز می کرد، دریافت می کرد، اگرچه که با سرعت (295m/s,654.6mph )سرعت اش بر سطح دریا ) پرواز می کند.

جریان پرسرعت در اطراف اشیاء پرواز را می توان بطور غیردقیق در ۵ دسته طبقه بندیکرد:

- زیرصوت (Subsonic):

M <Mcri

- نزدیک صوت (Transonic):

Mcrit <1 (e.g.: 0.8 <M <1

- صوت (Sonic)

M = ۱

- بالای صوت (۱ <M <5 :(Supersonic

- مافوق صوت (M> 5 :(Hypersonic

برای مقایسه: سرعت مورد نیاز برای مدار پایین زمین در هوا و ارتفاع بالا تقریباً km/s5/7=4/25 Mاست.سرعت نور در خلاء تقریباً برابر است با ۸۸۰۰۰ ماخ.

در سرعت بالای صوت، میدان جریان اطراف شی، هم شامل بخش‌های پایین صوت و هم بالای صوت می شود.محدودهٔ زمانی بالای صوت زمانی آغاز می‌شود که اولین نواحی جریان M>۱در اطراف شی پدیدار می شوند.در صورت وجود یک ایرفویل (مثلاً یک بال هواپیما) این اتفاق معمولاً در بالای بال اتفاق می افتد.جریان بالای صوت فقط در یک شوک معمولی می تواند به زیر صوت کاهش پیدا کند، این اتفاق معمولاً قبل از رسیدن به لبهٔ پشتی رخ می دهد.(شکل a1) همزمان با افزایش سرعت، نواحی جریان M>۱بر روی لبهٔ پشتی و جلویی نیز افزایش می یابد.وقتی سرعت به M=1 برسد و از آن بگذرد، شک معمولی به لبهٔ پشتی می رسد و به یک شک ضعیف و غیرمستقیم تبدیل می شود.جریان بعد از شک کاهش پیدا می‌کند اما همچنان در محدودهٔ بالای صوت باقی می ماند.یک شک معمولی در جلوی شی بوجود می آید و، تنها ناحیهٔ زیرصوت در میدان جریان، یک محدودهٔ کوچک در اطراف لبهٔ پشتی شی است.(شکل b1)

1-عدد ماخ در جریان هوای بالای صوت در اطراف یک ایرفویل، M<1 (a) و M>1 (b).

زمانی که یک هواپیما به سرعت یک ماخ می رسد، یک تفاوت فشار بزرگ درست در مقابل هواپیما ایجاد می شود.این تفاوت فشار ناگهانی موج شوک نامیده می‌شود که به سمت عقب و به بیرون از هواپیما پخش می‌شود و شکلی شبیه یک مخروط دارد (مخروط ماخ).این موج شوک باعث ایجاد انفجار صوتی ای می‌شود که هنگام عبور یک هواپیما با سرعت زیاد از بالای سر یک شخص شنیده می شود.شخص درون هواپیما این صدا را نخواهد شنید.هرچه سرعت بیشتر باشد مخروط هم باریکتر خواهد بود و بعد از رسیدن به M=۱دیگر کمتر شبیه یک مخروط است، بلکه بیشتر شبیه یک صفحهٔ تقریباً مقعر است.

در سرعت کاملاً بالای صوت، موج شوک شروع به تشکیل شکل مخروطی خود می‌کند و جریان هم کاملاً بالای صوت است، یا (در صورت بدون نوک بودن شی) فقط یک محدودهٔ جریان زیرصوت خیلی کوچک بین دماغهٔ شی و موج شوک که در مقابل ایجاد می‌کند، باقی می ماند (در صورت نوک تیز بودن شی، هیچ هوایی بین دماغه و موج شوک وجود ندارد، موج شوک از خود دماغه شروع می شود).

هم زمان با افزایش عدد ماخ، قدرت موج شوک نیز افزایش پیدا می‌کند و مخروط ماخ هم به طور فزاینده ای باریک می شود.با عبور جریان سیالاز موج، سرعت آن کاهش پیدا می‌کند و دما، فشار و چگالی افزایش می یابد.هرچه شوک قوی تر باشد، تغییرات هم بزرگتر خواهد بود.در عدد ماخ بسیار بالا پس از شوک دما آن قدر افزایش پیدا می‌کند که تجزیه یونی و تفکیک مولکول‌های گاز در پشت موج شوک شروع میشود.چنین جریان هایی مافوق صوت نامیده می شوند.

واضح است که هر شئی که با سرعت مافوق صوتحرکت می‌کند نیز در معرض همان دمای شدیدی قرار می گیرد که گازهای پشت موج شوک دماغه در معرض آن قرار می گیرند، و از این رو انتخاب مواد مقاوم در برابر گرما اهمیت می یابد.

جریان پرسرعت در یک کانال

زمانی که یک جریان در یک کانال ازM=1 عبور کند، بالای صوت می‌شود، یک تغییر بزرگ هم رخ می دهد.به طور معمول انسان توقع دارد که با منقبض کردن کانال سرعت جریان افزایش پیدا کند.در سرعت زیر صوت این موضوع صحت دارد، اما زمانی که جریان بالای صوت شود، رابطهٔ محدودهٔ جریان و سرعت برعکس می شود.در واقع بسط دادن تونل سرعت را افزایش می دهد.نتیجهٔ کلی این است که برای رساندن یک جریان به سرعت بالای صوت یک nozzle همگرا – واگرا لازم است ف که در آن بخش همگرا سرعت جریان را به سرعت صوت، M=1، برساند و بخش واگرا این افزایش سرعت را ادامه دهد.چنین nozzle هایی را de Laval nozzles می نامند و در شرایط خاص انها قادر به دست یافتن به سرعت‌های مافوق صوت باورنکردنی ای هستند (۱۳ماخ در سطح دریا)

ماخ متر یا سیستم الکترونیکی اطلاعات پرواز(EFIS) یک هواپیما می تواند عدد ماخ مشتق شده از فشار ایستایی و فشار ساکن را نشان دهد.

منابع

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Ernst Mach»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۱۶ ژانویه ۲۰۱۴)