Pemahaman Mach Number di Mekanika Fluid

Memahami Angka Mach dalam Mekanika Fluida

Sebutkan mekanika fluida kepada penggemar penerbangan atau insinyur dirgantara, dan mereka akan segera menyebutkan angka Mach. Konsep ini sangat penting dalam memahami bagaimana objek bergerak melalui fluida, biasanya udara, dan efek kecepatan relatif terhadap kecepatan suara. Ini dinamai menurut Ernst Mach, seorang fisikawan Austro-Hongaria yang berkontribusi secara signifikan dalam studi gerakan supersonik.

Esensi dari Bilangan Mach

Secara sederhana, the Bilangan Mach (M) adalah rasio kecepatan objek (V) terhadap kecepatan suara (a) dalam cairan di sekitarnya. Dinyatakan secara matematis:

Disini:

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

Memecah Input

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 pada permukaan laut dengan suhu 20°C (68°F), kecepatan suara (a) adalah sekitar 343 m/s.

Contoh Kehidupan Nyata

Mari kita mendalami beberapa skenario dunia nyata untuk membuat ini lebih dapat dipahami:

Pesawat Komersial

Pesawat komersial seperti Boeing 747 biasanya terbang dengan kecepatan sekitar 900 km/j (250 m/dtk) pada ketinggian di mana kecepatan suara mungkin sekitar 295 m/dtk karena suhu yang lebih rendah. Menggunakan rumus kami:

M = V / a = 250 / 295 ≈ 0,85

Jet sedang terbang pada Mach 0.85, yang merupakan subsonik.

Concorde - Jet Penumpang Supersonik

Concorde terbang pada kecepatan sekitar 2.180 km/jam (606 m/dtk), dan pada ketinggian tinggi, kecepatan suara turun menjadi sekitar 295 m/dtk. 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 mendesain pesawat yang dapat melakukan perjalanan dengan efisien dan aman pada kecepatan yang berbeda.
• Rekayasa Aerospace Esensial untuk kendaraan eksplorasi luar 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 konstanta yang diketahui untuk kondisi fluida.

Ringkasan

Nomor Mach sangat penting dalam mekanika fluida, secara signifikan mempengaruhi desain dan operasi kendaraan berkecepatan tinggi. Dari pesawat penumpang komersil hingga pesawat luar angkasa futuristik, rasio yang tampaknya sederhana ini memungkinkan perjalanan yang aman dan efisien di berbagai kecepatan. Memahami dan menghitung nomor Mach dengan akurat sangatlah penting bagi insinyur, ilmuwan, dan penggemar aviasi.