Số Mach là một đại lượng vật lý biểu hiện tỉ số giữa vận tốc chuyển động của vật thể trong một môi trường nhất định (hoặc vận tốc tương đối của dòng vật chất) đối với vận tốc âm thanh trong môi trường đó. Trong khí động lực học, số Mach đặc trưng cho mức độ chịu nén của dòng chất khí chuyển động.
Trong vật lý, đại lượng này có ký hiệu Ma trong các hệ thống SI, ISO 31, IUPAP-25, tuy nhiên ngành hàng không dùng ký hiệu M. Tên gọi của đại lượng này được đặt theo tên nhà vật lý thế kỉ 19 là Ernst Mach.
trong đó Ma là số Mach, v là vận tốc chuyển động của vật thể (hoặc của môi trường vật chất), c là vận tốc âm thanh trong cùng môi trường.
Trong trường hợp c là vận tốc âm thanh trong môi trường là chất khí, số Mach có thể được tính theo công thức sau:
trong đó là tỷ số giữa nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt dung riêng đẳng tích (), là hằng số khí, và là nhiệt độ của môi trường chất khí đang xét.
Số Mach (M) là một đại lượng không thứ nguyên, đặc trưng cho các vấn đề sau:
Số Mach thường được sử dụng khi vận tốc chuyển động chịu ảnh hưởng lực nén của môi trường và được chia làm nhiều hạng tốc độ:
(a) | (b) |
Máy bay quân sự thì có thể đạt đến M=3 do yêu cầu về độ bền kết cấu
Trong ngành hàng không, số Mach thường được coi là một trong những yếu tố công suất cho những loại máy bay có vận tốc lớn hơn hoặc gần bằng 400 km/h. Vì vận tốc âm thanh liên quan đến mật độ không khí, đồng thời mật độ không khí phụ thuộc vào độ cao của máy bay và nhiệt độ không khí, để giữ ổn định vận tốc bay, số Mach phải phụ thuộc vào độ cao và tình trạng khí quyển cụ thể của chuyến bay. Để có thể so sánh, công suất các máy bay (bao gồm vận tốc và số Mach) được tính sang công suất ở trạng thái khí quyển tiêu chuẩn.
Nhiệt độ | Vận tốc âm thanh | |
---|---|---|
−50 °C | 1.076 km/h | ≈ 300 m/s |
0 °C | 1.193 km/h | ≈ 331,5 m/s |
20 °C | 1.235 km/h | ≈ 343 m/s |
25 °C | 1.245 km/h | ≈ 346 m/s |
100 °C | 1.394 km/h | ≈ 387 m/s |
250 °C | 1.652 km/h | ≈ 459 m/s |
Vận tốc âm thanh trong môi trường không khí ở nhiệt độ 25 °C, trên mặt nước biển bằng khoảng 346 m/s, ở nhiệt độ 20 °C là 343 m/s. Ở nhiệt độ -50 °C (độ cao khoảng 10.000m), vận tốc âm thanh 299,8 m/s = 1079,3 km/h. Một chiếc máy bay bay với số Mach 0,85 trong điều kiện này sẽ có một vận tốc là 254,83 m/s = 917,39 km/h.