İçeriğe atla

Mach sayısı

Ses hızına ulaşmadan hemen önce transonik hız ve buhar konisinde görüntülenen bir F/A-18 Hornet

Mach sayısı, akışkanlar mekaniğinde hareket halindeki bir kütlenin hızının, kütlenin bulunduğu şartlardaki ses hızına oranıdır[1].[2] Kısaltması Ma ya da M'dir. Adını Avusturyalı fizikçi ve filozof Ernst Mach'tan alır. Ernst Mach'tan önce bu konu üzerine Fransız fizikçi Sarrau da incelemeler yaptığından Sarrau sayısı da denir.

Yerel Ses hızı ve dolayısıyla Mach sayısı, ortamı çevreleyen gazların sıcaklığına göre değişkenlik gösterir. Mach sayısı, öncelikle bir akışın sıkıştırılamaz bir akış olarak ele alınabileceği yaklaşımı belirlemek için kullanılır. Bu ortam gaz veya sıvı olabilir. Sınır tabakanın, ortam içinde hareket edebilir veya ortam boyunca akarken sabit olabilir veya her ikisi de farklı hızlarda hareket edebilir: Önemli olan birbirlerine göre göreceli hızlarıdır. Bu sınır, ortama batırılmış bir nesnenin veya ortamı kanalize eden bir püskürtme meme, difüzör veya rüzgar tüneli gibi bir kanalın sınırı olabilir. Mach sayısı iki hızın oranı olarak tanımlandığından boyutsuz nicelikte bir sayıdır. Mach sayısı 0,2-0,3 değerlerinden küçük ve akış yarı sabit ve izotermal ise, sıkıştırılabilirlik etkileri küçük olacaktır ve basitleştirilmiş sıkıştırılamaz akış denklemleri kullanılabilir.

Örneğin, ortalama deniz seviyesinde kuru hava, standart sıcaklık 15 °C (59 °F), ses hızı saniyede 340,3 metredir (1.116,5 ft/s; 761,23 mph; 1.225,1 km/s; 661,49 kn)[3]

Yerden yükseldikçe hava sıcaklığı düşer. Deniz seviyesinden 11 km yüksekliğe kadar (Stratosfer sınırına kadar) olan atmosfer tabakasına troposfer adı verilir. Ses hızının karesi hava sıcaklığı ile doğru orantılı olarak değiştiğinden, yerden yükseldikçe ses hızı azalır. Buna bağlı olarak da o yükseklikteki mach sayısı deniz seviyesine göre daha az olur.

Örneğin, Stratosfer sınırında 11.000 metrede 1 Mach = 1062,2 km/saattir.

Etimolojisi

Mach sayısı, Avusturyalı fizikçi ve filozof Ernst Mach'ın adını taşır[4] ve 1929'da havacılık mühendisi Jakob Ackeret tarafından önerilmiştir.[5] Mach sayısı ölçü birimi yerine boyutsuz nicelik olduğundan, sayı birimden sonra gelir; iki birim Mach, 2 Mach yerine Mach 2'dır. Ancak Türkçe kullanımında bu detay atlanarak 2 Mach olarak kullanılır. Bu, aynı zamanda birim ilk olan ve Mach teriminin kullanımını etkilemiş olabilecek erken modern okyanus sondaj birimi Mark (ingillizce kulaç kelimesinin eşanlamlısı) biraz anımsatmaktadır.

Mach Biriminin Sınıflandırılması

Ses altı ve süpersonik terimleri, en saf anlamıyla, sırasıyla sesin yerel hızının altındaki ve üzerindeki hızlara atıfta bulunurken, aerodinamikçiler genellikle Mach değerlerinin belirli aralıkları hakkında konuşmak için aynı terimleri kullanırlar.

Adlandırma Uçuş Hızı Genel Uçak Karakteristiği
(Mach)(knots)(mph)(km/h)(m/s)
Sesaltı <0.8 <530 <609 <980 <273 Çoğu zaman, yüksek en boy oranlı (ince) kanatlara ve burun ve ön kenarlar gibi yuvarlak özelliklere sahip pervaneli ve ticari turbofan uçaklar.
Transonik0.8 –1.2 530 –794 609 –914 980–1,470 273–409 Transonik uçaklar neredeyse her zaman süpürme kanatlarına sahiptir, bu da sürükleme sapmasının gecikmesine neden olur ve genellikle Whitcomb Alan kuralının ilkelerine bağlı bir tasarıma sahiptir.
Süpersonik1.2–5.0 794-3,308 915-3,806 1,470–6,126 410–1,702 Modern savaş uçağı, düşük hızda kullanım sağlamak için taviz vermelidir; "gerçek" süpersonik tasarımlar arasında F-104 Starfighter, Kuzey Amerika XB-70 Valkyrie, SR-71 Blackbird ve BAC / Aérospatiale Concorde bulunur.
Hipersonik5.0–10.0 3,308–6,615 3,806–7,680 6,126–12,251 1,702–3,403 Mach 6.72'deki X-15, en hızlı insanlı uçaklardan biridir.Ayrıca soğutulmuş nikel-titanyum kaplama; son derece entegre (girişim etkilerinin hakimiyeti nedeniyle: doğrusal olmayan davranış, süperpozisyon için sonuçların üst üste binmesinin geçersiz olduğu anlamına gelir), Mach 5 X-51A Waverider üzerindekiler gibi küçük kanatlar.
Yüksek Hipersonik 10.0–25.0 6,615–16,537 7,680–19,031 12,251–30,626 3,403–8,508 Mach 9.6'daki NASA X-43, en hızlı uçaklardan biridir. Termal kontrol, baskın bir tasarım düşüncesi haline gelir. Yapı ya sıcak çalışacak şekilde tasarlanmalı ya da özel silikat karolar veya benzeri ile korunmalıdır.
Atmosfere Giriş Hızı >25.0 >16,537 >19,031 >30,626 >8,508 Ablatif ısı kalkanı; küçük veya kanatsız; künt şekil.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Young, Donald F.; Bruce R. Munson; Theodore H. Okiishi; Wade W. Huebsch (2011). A Brief Introduction to Fluid Mechanics (İngilizce) (5 bas.). John Wiley & Sons. s. 95. ISBN 978-0-470-59679-1. 
  2. ^ Graebel, W.P. (2001). Engineering Fluid Mechanics (İngilizce). Taylor & Francis. s. 16. ISBN 978-1-56032-733-2. 
  3. ^ Clancy, L.J. (1975), Aerodynamics, Table 1, Pitman Publishing London, ISBN 0-273-01120-0
  4. ^ "Ernst Mach". Encyclopædia Britannica (İngilizce). 2016. 28 Aralık 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Nisan 2021. 
  5. ^ Jakob Ackeret: Der Luftwiderstand bei sehr großen Geschwindigkeiten. Schweizerische Bauzeitung 94 (Oktober 1929), pp. 179–183 (Almanca). Ayrıca bakınız: N. Rott: Jakob Ackert and the History of the Mach Number. Annual Review of Fluid Mechanics 17 (1985), pp. 1–9 (İngilizce).


İlgili Araştırma Makaleleri

Troposfer, atmosferin yere temas eden en alt katıdır. Bu katmanda yerden yükseldikçe sıcaklık düşer. Gazların en yoğun olduğu kattır. Kalınlığı kutuplarda 6, ekvatorda 16 km. civarındadır ve mevsimlere göre değişiklik gösterir.

<span class="mw-page-title-main">Ses hızı</span>

Ses hızı, bir ses dalgasının esnek bir ortamda hareket ederken birim zamanda kat ettiği mesafedir. havada, deniz seviyesinde ve 20 °C (santigrat) sıcaklıkta 343.2 m/s olarak alınır.

<span class="mw-page-title-main">Dünya atmosferi</span> Dünyayı saran gaz tabakası

Atmosfer veya havaküre, Dünya'nın kütleçekimi ile gezegenin çevresini sarmalayan gaz tabakası. Yaklaşık %78'i azot, %21'i oksijen, %0,93 argon, %1 su buharı ve kalan kısmı diğer bazı gazların karışımından oluşmuştur. Bu gaz karışımına genel olarak hava adı verilir. Atmosfer, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşü nedeniyle kutuplarda ince (alçak), Ekvator'da geniştir.

<span class="mw-page-title-main">Reynolds sayısı</span>

Akışkanlar dinamiği alanında, Reynolds sayısı, farklı durumlarda akışkan akışı desenlerini tahmin etmeye yardımcı olan bir boyutsuz sayıdır ve eylemsizlik kuvvetleri ile viskoz kuvvetler arasındaki oranı ölçer. Düşük Reynolds sayılarında, akışlar genellikle laminer akış tarafından domine edilirken, yüksek Reynolds sayılarında akışlar genellikle türbülanslı olur. Türbülans, akışkanın hız ve yönündeki farklılıklardan kaynaklanır ve bazen bu yönler kesişebilir veya akışın genel yönüne ters hareket edebilir. Bu girdap akımları, akışı karıştırmaya başlar ve bu süreçte enerji tüketir, bu da sıvılarda kavitasyon olasılığını artırır.

<span class="mw-page-title-main">Aerodinamik</span> Fizik terimi ve bilim dalı

Aerodinamik, hareket eden katı kütlelerin havayla etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Aerodinamik sözcüğü Yunancadan gelmiş olup bu bilim dalı havanın hareketi ile ilgilidir. Parçalı olarak katı bir cisim ile irtibata geçmiş olması, havanın hareketi ve uçağın kanadı gibi, buna örnek olarak gösterilebilir. Aerodinamik akışkan dinamiği ve gaz dinamiğinin bir alt dalıdır ve aerodinamiğin birçok bakış açısı, teorisi bu alanlarda ortaktır. Aerodinamik genellikle gaz dinamiği için kullanılır; gaz dinamiğinin aerodinamikten farkı, tüm gazlar için çalışması ve aerodinamik gibi yalnızca hava ile sınırlanmamış olmasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Bernoulli ilkesi</span>

Akışkanlar dinamiğinde Bernoulli prensibi, sürtünmesiz bir akış boyunca, hızda gerçekleşen bir artışın aynı anda ya basınçta ya da akışkanın potansiyel enerjisinde azalmaya neden olduğunu ifade eder. Bernoulli prensibi, adını Hollanda-İsviçre kökenli matematikçi Daniel Bernoulli'den almıştır. Bernoulli bu prensibini 1738 yılında Hydrodynamica adlı kitabında yayınlamıştır.

Prandtl sayısı boyutsuz bir sayıdır. Momentum yayınımının termal yayınıma oranıdır. Sayı, Alman fizikçi Ludwig Prandtl'a ithafen adlandırılmıştır.

Knudsen sayısı, moleküler ortalama serbest yol ile kabaca ölçülebilir uzunluk skalasının oranını veren boyutsuz sayıdır. Bu uzunluk skalası, örneğin, bir sıvının içinde yer alan bir cismin çapı olabilir. Knudsen sayısı adını Danimarkalı fizikçi Martin Knudsen'e (1871-1949) atfen almıştır.

Fizikte doğal birimler, evrensel fizik sabitleri kullanılarak elde edilen ölçü birimleridir. Örneğin temel yük (e), elektriksel yük ve ışık hızı (c), hız için kullanılan doğal birimlerdir. Herhangi bir evrensel fizik sabitini 1 birim olarak normalleştirmek için yalnızca evrensel ölçü sistemi kullanılır. Her ne kadar bu şekilde basitleştirme avantaj gibi görülüyor olsa bile, fizik yasalarının matematiksel ifadesinden elde edilen bu sabitlerin anlaşılması biraz zor olabilir.

Boyut analizinde boyutsuz nicelik veya bir boyutlu nicelik, hiçbir fiziksel boyutu olmayan bir niceliktir. Bundan dolayı "saf" sayıdır ve daima 1 boyutuna sahiptir. Boyutsuz nicelikler, matematik, fizik, mühendislik, ekonomi ve hayatın her alanında karşılaşılabilinir). π, e ve φ, iyi bilinen sayısal nicelikler boyutsuzdur. Bunun tersine boyutsuz olmayan nicelikler, uzunluk, alan, zaman gibi ölçü birimleri ile ölçülür.

<span class="mw-page-title-main">D'Alembert paradoksu</span>

Akışkanlar dinamiğinde D'Alembert paradoksu veya hidrodinamik paradoks, 1752'de Fransız matematikçi Jean le Rond d'Alembert tarafından ortaya atılmıştır. D'Alembert, matematiksel olarak sıkıştırılamaz ve akmazlığın olmadığı akışlarda kullanılan ve sanal fonksiyon teorisini baz alan potansiyel teorinin önemli bir açığını keşfetmiştir. Kaldırma kuvveti ile ilgili etkili sonuçlar veren potansiyel teori kullanıldığında, üzerinde akış olan her cisim için sürüklenme kuvveti sıfır oluyordu.

Stokes Akışı George Gabriel Stokes tarafından geliştirilmiştir. Aynı zamanda sürünme akışı olarak da adlandırılır. Bu akışlar, advektif Atalet kuvvetlerinin viskoz kuvvetlere göre küçük olduğu akışlardır. Adveksiyon, herhangi bir dinamik davranışta korunan değerlerin parçacıklar veya sistemler arasındaki kütlesel hareket ile taşınımıdır. Atalet kuvvetlerinin küçük olması ise hareketlerin düşük hızlı olduğunu ifade eder. Bunlara bağlı olarak Stokes Akışları Reynolds Sayısının küçük olduğu akışlardaki basitleştirilmiş modeldir. Bu tipik durumun olduğu akışlarda hız oldukça yavaştır ve viskozite çok yüksektir veya karakteristik uzunlukların oranı küçüktür. Sürünme akışı ilk olarak göreceli hareketin küçük olduğu veya statik olan mekanik parçaların yağlanmasında incelenmiştir. Ayrıca bu akış doğada mikroorganizmaların akışkanlar içindeki hareketlerinde gözlenir. Teknolojide ise MEMS’de ve polimerlerde bu akış görülebilir.

<span class="mw-page-title-main">Hidrolik sıçrama</span>

Hidrolik sıçrama, hidrolik biliminde, nehirler ve dolusavaklar gibi açık kanal akışında sıklıkla gözlenen bir olaydır. Yüksek hızda sıvı düşük hızda bir bölgeye boşaldığında, sıvı yüzeyinde ani bir artış meydana gelir. Hızla akan sıvı aniden yavaşlar ve yüksekliği artar, bu da akışın başlangıçtaki kinetik enerjisinin bir kısmını potansiyel enerjideki bir artışa dönüştürür, enerjinin bir bölümü çalkantıdan (türbülanstan) ısıya geri dönüşü olmayan bir şekilde kaybolur.

Brinkman sayısı (Br), bir duvardan akan viskoz bir akışkana ısı iletimiyle ilişkili boyutsuz bir büyüklüktür ve genellikle polimer işleme alanında kullanılmaktadır. Bu sayı, Hollandalı matematikçi ve fizikçi Henri Brinkman'a ithafen adlandırılmıştır. Birden fazla tanım bulunmaktadır; bunlardan biri şöyledir:

Cauchy sayısı (Ca), süreklilik mekaniği alanında, özellikle sıkıştırılabilir akışların çalışılmasında kullanılan boyutsuz bir niceliktir. Bu sayı, Fransız matematikçi Augustin Louis Cauchy'ye atfen adlandırılmıştır. Sıkıştırılabilirliğin önemli olduğu durumlarda, dinamik benzerlik sağlamak için elastik kuvvetler, atalet kuvvetleriyle birlikte göz önünde bulundurulmalıdır. Bu bağlamda, Cauchy sayısı, bir akış içerisindeki atalet kuvvetleri ile sıkıştırılabilirlik kuvveti arasındaki oran olarak tanımlanmakta ve şu formülle ifade edilmektedir:

,

Eckert sayısı (Ec), sürekli ortamlar mekaniğinde kullanılan bir boyutsuz niceliktir. Bir akışın kinetik enerjisi ile sınır tabaka entalpi farkı arasındaki ilişkiyi gösterir ve ısı transferinin dağılmasını karakterize etmek amacıyla kullanılır. Bu sayı, Ernst R. G. Eckert'in adını taşımaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Görtler girdapları</span>

Akışkanlar dinamiğinde, Görtler girdapları ya da Görtler vorteksleri, konkav bir duvar boyunca bir sınır tabakası akışında ortaya çıkan ikincil akışlardır. Sınır tabakası, duvarın eğrilik yarıçapına göre inceyse, basınç sınır tabakası boyunca sabit kalır. Ancak, sınır tabakası kalınlığı eğrilik yarıçapına yakınsa, merkezkaç etkisi sınır tabakası boyunca bir basınç değişimi yaratır. Bu durum, sınır tabakasının merkezkaç kararsızlığına ve dolayısıyla Görtler vortekslerinin oluşumuna yol açar.

<span class="mw-page-title-main">Keulegan-Carpenter sayısı</span>

Akışkanlar dinamiği alanında, Keulegan–Carpenter sayısı, aynı zamanda periyot sayısı olarak da bilinir, salınımlı bir akışkan akışı içinde bulunan künt cisimler üzerindeki sürükleme kuvvetinin atalet kuvvetlerine göre göreli önemini belirten bir boyutsuz niceliktir. Aynı şekilde, durgun bir akışkan içinde salınan cisimler için de geçerlidir. Küçük Keulegan–Carpenter sayılarında atalet kuvvetleri baskınken, büyük sayılarda türbülans nedeniyle sürükleme kuvvetleri önem kazanır.

Akışkanlar mekaniği alanında, kinematik benzerlik, "modeldeki herhangi bir noktadaki hızın, akışın akış çizgisi şeklini koruyarak, prototip akışındaki aynı noktadaki hıza sabit bir ölçek faktörüyle orantılı olması" olarak tanımlanır. Kinematik benzerlik, bir model ile prototip arasındaki benzerlikleri tamamlamak için gerekli olan üç temel koşuldan biridir. Kinematik benzerlik, akışkanın hareketinin benzerliğini ifade eder. Hareketler mesafe ve zaman ile ifade edilebildiğinden, bu durum, uzunlukların ve zaman aralıklarının benzerliğini ima eder. Ölçeklendirilmiş bir modelde kinematik benzerliği sağlamak için, akışkanlar dinamiğindeki boyutsuz sayılar dikkate alınır. Örneğin, modelin ve prototipin Reynolds sayısının eşleşmesi gereklidir. Ayrıca, Womersley sayısı gibi dikkate alınması gereken diğer boyutsuz sayılar da bulunmaktadır.

Akışkanlar dinamiğinde, Taylor sayısı (Ta), bir akışkanın bir eksen etrafında dönmesine bağlı olarak ortaya çıkan merkezkaç "kuvvetlerin" veya sözde atalet kuvvetlerinin viskoz kuvvetlere göre önemini karakterize eden bir boyutsuz niceliktir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.