Pemahaman Mach Number di Mekanika Fluid

Memahami Angka Mach dalam Mekanika Fluida

Sebutkan mekanika fluida kepada siapa pun penggemar penerbangan atau insinyur dirgantara, dan mereka akan segera menyebut angka Mach. Konsep ini penting untuk memahami bagaimana objek bergerak melalui fluida, biasanya udara, dan efek kecepatan relatif terhadap kecepatan suara. Ini dinamai setelah Ernst Mach, seorang fisikawan Austro Hungaria yang berkontribusi secara signifikan dalam studi gerak supersonik.

Inti dari Angka Mach

Sederhananya, Angka Mach (M) adalah rasio kecepatan objek (V) terhadap kecepatan suara (a) dalam fluida sekitar. Dinyatakan secara matematis:

Di sini:

• V mewakili kecepatan objek yang bergerak melalui fluida (diukur dalam meter per detik, m/s)
• a menunjukkan kecepatan suara dalam fluida tersebut (juga dalam meter per detik, m/s)

Memecahkan Komponen Komponen

Memahami setiap komponen adalah kunci untuk perhitungan angka Mach yang akurat:

• Kecepatan (V): Ini adalah kecepatan objek relatif terhadap fluida, biasanya diukur dalam meter per detik (m/s).
• Kecepatan Suara (a): Nilai ini bervariasi tergantung pada fluida dan sifat sifatnya, seperti suhu dan tekanan. Dalam udara kering di permukaan laut dengan suhu 20°C (68°F), kecepatan suara (a) sekitar 343 m/s.

Contoh Kehidupan Nyata

Mari kita menjelajahi beberapa skenario dunia nyata untuk membuat ini lebih bisa dimengerti:

Pesawat Komersial

Jet komersial seperti Boeing 747 biasanya terbang pada kecepatan sekitar 900 km/jam (250 m/s) pada ketinggian di mana kecepatan suara mungkin sekitar 295 m/s karena suhu yang lebih rendah. Menggunakan rumus kita:

M = V / a = 250 / 295 ≈ 0.85

Pesawat terbang pada Mach 0,85, yang merupakan kecepatan subsonik.

Concorde Jet Penumpang Supersonik

Concorde melaju pada sekitar 2.180 km/jam (606 m/s), dan pada ketinggian tinggi, kecepatan suara turun menjadi sekitar 295 m/s. Jadi:

M = V / a = 606 / 295 ≈ 2.05

Concorde terbang lebih dari dua kali kecepatan suara, mencapai Mach 2,05, menjadikannya pesawat supersonik.

Aplikasi Praktis

Memahami angka Mach sangat penting dalam berbagai aplikasi:

• Aerodinamika: Ini membantu dalam merancang pesawat yang dapat bepergian dengan efisien dan aman pada kecepatan yang berbeda.
• Teknik Dirgantara: Penting bagi kendaraan eksplorasi ruang angkasa yang perlu bertransisi dari kecepatan subsonik, transonik, hingga supersonik.
• Studi Iklim: Diterapkan dalam mempelajari propagasi gelombang suara di atmosfer.

Validasi Data

Untuk perhitungan yang akurat, pastikan bahwa:

• Kecepatan (V) adalah angka positif.
• Kecepatan suara (a) adalah konstan yang diketahui untuk kondisi fluida tersebut.

Ringkasan

Angka Mach sangat penting dalam mekanika fluida, berpengaruh besar dalam desain dan operasi kendaraan berkecepatan tinggi. Dari jet komersial hingga kapal luar angkasa masa depan, rasio yang tampaknya sederhana ini memungkinkan perjalanan yang aman dan efisien di berbagai kecepatan. Memahami dan menghitung angka Mach dengan akurat sangat penting bagi insinyur, ilmuwan, dan penggemar penerbangan.