Chuyển m/s sang Mach mét trên giây ↔ số Mach Miễn phí Trực tuyến An toàn

Từ phòng thí nghiệm vật lý đến Mach: đọc một vận tốc so với tốc độ âm thanh

Một học sinh bấm giờ một xung giữa hai micro, một nhà nghiên cứu ghi vận tốc không khí trong một đoạn thử nghiệm, và một độc giả tin tức vũ trụ biết rằng một tàu thăm dò đang chuyển động ở 17 km/s. Mỗi người trong họ có một tốc độ tính bằng mét trên giây và một câu hỏi tiếp theo tự nhiên: nó so với âm thanh thế nào? Số Mach là câu trả lời. Để chuyển m/s sang Mach trong không khí ở 15 °C, hãy chia cho 340,294. Vậy 100 m/s là Mach 0,294, 340 m/s là Mach 1 và 1.000 m/s là Mach 2,94. Máy tính ở trên chia trong khi bạn gõ, và các phần bên dưới đặt các con số vào bối cảnh phòng thí nghiệm ở trường, quỹ đạo và tin tức.

Bên dưới có các ví dụ có lời giải, mô tả từng đơn vị, một phần so sánh, nhiều ví dụ từ thí nghiệm và thiên nhiên, cùng những sai sót thường gặp. Mọi thứ được tính trong trình duyệt của bạn và không có gì được gửi đến máy chủ. Trong một báo cáo thí nghiệm, hãy nói rõ bạn dùng nhiệt độ nào cho tốc độ âm thanh.

Cách chuyển m/s sang Mach: chia cho 340,294

Phép tính

Tốc độ âm thanh trong không khí ở 15 °C là 340,294 m/s. Số Mach là một vận tốc chia cho con số đó, nên một phép “chuyển m/s sang Mach” là một phép chia: 50 m/s cho Mach 0,147, 250 m/s cho Mach 0,735 và 800 m/s cho Mach 2,35. Cũng có thể làm bằng cách nhân với 0,0029386. Để đi theo chiều ngược lại, hãy nhân số Mach với 340,294.

Ví dụ có lời giải

Một cơn gió mạnh 30 m/s là ở Mach 0,088. Một máy bay chở khách 250 m/s là ở Mach 0,735 gần mặt đất và Mach 0,85 ở 11 km. Một viên đạn 900 m/s là ở Mach 2,64, và một khoang tàu 7.800 m/s ở Mach 22,9 theo hệ số mực nước biển.

Có thể tin kết quả đến đâu

Đáp số chỉ đúng với không khí ở 15 °C. Trong không khí lạnh hơn âm thanh chậm hơn và cùng vận tốc cho số Mach cao hơn: 250 m/s là Mach 0,85 ở −56,5 °C so với 0,735 ở 15 °C.

Một phép thử nhanh

Kết quả phải nhỏ hơn số m/s hơn ba trăm lần. Nếu một phép “chuyển m/s sang Mach” cho con số lớn hơn lúc bạn bắt đầu, bạn đã nhân với 340 thay vì chia.

Mét trên giây

Đơn vị đo lường

Mét trên giây là đơn vị SI của tốc độ. Cảm biến phòng thí nghiệm, phong kế nghiên cứu và mã mô phỏng cho kết quả bằng m/s, vì các phương trình vật lý được viết cho nó.

Nơi nó xuất hiện

Tệp dữ liệu, báo cáo thí nghiệm, mô phỏng số và sách giáo khoa vật lý.

Số Mach

Tỉ số với tốc độ âm thanh

Số Mach so sánh tốc độ của một vật với tốc độ âm thanh trong môi trường xung quanh nó. Nó không có đơn vị. Giá trị 0,3 đánh dấu khởi đầu của hiệu ứng nén, 1 là rào cản âm thanh và 5 là khởi đầu của chế độ siêu vượt âm.

Nơi nó xuất hiện

Khí động học, đạn đạo, hầm gió và nghiên cứu không gian.

Mét trên giây hay Mach?

Một m/s bằng Mach 0,00294, nên con số Mach nhỏ hơn hơn ba trăm lần. Vận tốc 100 m/s là Mach 0,294, và 1.000 m/s là Mach 2,94. Khác biệt chính là Mach phụ thuộc vào chất khí và nhiệt độ của nó trong khi m/s thì không.

Vì lý do này phép chuyển chỉ chính xác dưới các điều kiện đã nêu. Cái bẫy thường gặp là dùng 340,294 cho không khí không ở 15 °C.

Nơi phép chuyển xuất hiện

Đo tốc độ âm thanh trong lớp

Để chuyển m/s sang Mach trong lớp học, một thí nghiệm kinh điển bấm giờ một xung trên khoảng cách 1,5 m với hai micro, và tìm ra khoảng 4,4 ms, cho 343 m/s ở 20 °C. Học sinh sau đó dùng con số đó để chuyển m/s sang Mach cho các tốc độ thử nghiệm của chính mình. Một phép “chuyển m/s sang Mach” cho một xe đẩy lăn ở 1,2 m/s cho Mach 0,0035.

Thoát và quỹ đạo

Vận tốc thoát của Trái Đất là 11.186 m/s, Mach 32,9 theo hệ số mực nước biển. Vận tốc quỹ đạo gần bề mặt khoảng 7.800 m/s, Mach 22,9. Vận tốc thoát của Mặt Trăng là 2.380 m/s, Mach 7,0. Kỹ sư không gian nói bằng m/s và km/s; so sánh Mach mang tính tu từ, vì có rất ít không khí ở độ cao quỹ đạo.

Thí nghiệm dòng chảy

Một dòng chảy 100 m/s qua đoạn thử nghiệm là ở Mach 0,294, ở rìa nơi tính nén bắt đầu quan trọng. Ở 200 m/s, Mach 0,588, hiệu ứng rõ ràng, và ở 300 m/s, Mach 0,88, các túi siêu thanh cục bộ xuất hiện trên vật thể. Một phép “chuyển m/s sang Mach” cho nhà nghiên cứu biết cần dùng phương trình nào.

Ống cộng hưởng

Một ống đóng một đầu cộng hưởng khi chiều dài của nó bằng một phần tư bước sóng. Với một âm thoa 440 Hz trong không khí ở 20 °C, bước sóng là 0,78 m và chiều dài ống 0,195 m. Đo chiều dài đó cho phép học sinh tính tốc độ âm thanh, 4 × L × f, và so sánh với tham chiếu Mach.

Khoang tàu quay về

Một khoang tàu quay về gặp khí quyển ở khoảng 7.800 m/s. Nơi nhiệt độ đạt đỉnh, âm thanh truyền ở khoảng 300 m/s, nên khoang tàu ở Mach 26 ở đó. Hệ số mặt đất sẽ gợi ý chỉ Mach 22,9, một dấu hiệu rõ ràng cho thấy đáp số phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ không khí.

Mẹo tính nhẩm

Để chuyển m/s sang Mach trong đầu, hãy chia cho 340 rồi bớt đi 0,1 phần trăm. Với 680 m/s: 2,0 trừ 0,002 được 1,998. Với 250 m/s: 0,735. Ở độ cao hãy chia cho 295 thay vào đó.

Công thức bảng tính

Để chuyển m/s sang Mach trong bảng tính, hãy đặt các vận tốc theo m/s vào cột A và nhập =A2/340.294 vào cột B. Với nhiệt độ T khác tính bằng °C, dùng =A2/(20.0468*SQRT(273.15+T)). Bạn sẽ thấy số Mach dịch chuyển thế nào theo nhiệt độ.

Làm tròn và độ chính xác

Nếu bạn đo 250 m/s với sai số trong 1 phần trăm, kết quả Mach 0,7347 không nên được nêu với bốn chữ số thập phân. Hãy viết 0,73. Giữ đủ chữ số ở các bước trung gian, nhất là khi nhiệt độ không khí được đo riêng.

Các mốc nên nhớ

34 m/s là Mach 0,1. 102 m/s là Mach 0,3. 170 m/s là Mach 0,5. 340 m/s là Mach 1. 680 m/s là Mach 2. 1.000 m/s là Mach 2,94. 1.700 m/s là Mach 5. Với những giá trị này bạn có thể chuyển m/s sang Mach bằng mắt.

Bảng tra nhanh

10 m/s bằng Mach 0,029, 30 m/s Mach 0,088, 60 m/s Mach 0,176, 150 m/s Mach 0,441, 330 m/s Mach 0,970, 500 m/s Mach 1,469, 1.500 m/s Mach 4,408 và 3.000 m/s Mach 8,816. Một bảng ngắn làm mọi phép kiểm tra “chuyển m/s sang Mach” diễn ra tức thì.

Kiểm tra bằng cách đảo ngược

Để kiểm tra kết quả một phép “chuyển m/s sang Mach”, hãy nhân đáp số với 340,294. Nếu 250 m/s thành Mach 0,735, thì 0,735 nhân 340,294 ra gần 250. Một phép thử thứ hai là độ lớn: Mach 1 phải rơi ngay trên 340 m/s.

Liên hệ với km/h và mph

Một m/s là 3,6 km/h và 2,237 mph. Mach 1 là 340,3 m/s, 1.225 km/h và 761,2 mph. Đi qua km/h nghĩa là nhân với 3,6 và chia cho 1.225,06, cho kết quả giống như chia trực tiếp cho 340,294.

Một ví dụ có lời giải

Để chuyển m/s sang Mach cho đúng: một cảm biến trong hầm gió ghi một dòng chảy 272 m/s ở 20 °C. Ở nhiệt độ đó âm thanh truyền ở 343,2 m/s, nên số Mach là 0,79. Với hệ số cho 15 °C bạn sẽ được 0,80. Chênh lệch 1 phần trăm có thể quan trọng với một thí nghiệm ở ranh giới gần âm thanh.

Hình nón xung kích từ một bức ảnh

Một vật thể ở 510 m/s là ở Mach 1,5, và hình nón xung kích của nó có nửa góc arcsin(1 / 1,5), tức 41,8°. Ở 680 m/s, Mach 2, góc là 30°. Bằng cách đo góc trên một bức ảnh bạn có thể tìm số Mach mà không cần dụng cụ nào khác.

Bấm giờ một tiếng vang

Một tiếng vỗ tay dội lại từ bức tường sau 0,4 s nghĩa là bức tường cách 68,6 m ở 20 °C, vì âm thanh đi 343,2 m/s và truyền đi rồi quay lại. Nếu nhiệt độ là 5 °C, tốc độ là 334,3 m/s, và cùng độ trễ nghĩa là 66,9 m. Một kết quả tốt cần nhiệt độ không khí.

Chụp ảnh Schlieren

Ảnh Schlieren làm sóng xung kích quanh một viên đạn trở nên nhìn thấy được. Góc hình nón cho số Mach qua sin(góc) = 1 / Mach. Ernst Mach đã dùng một phương pháp tương tự năm 1887 để chụp sóng xung kích của một viên đạn chuyển động nhanh hơn âm thanh.

Sự nóng lên do không khí

Ở Mach 1 độ tăng nhiệt độ đình trệ khoảng 58 K, ở Mach 2 khoảng 230 K và ở Mach 3 khoảng 518 K. Một vật chuyển động ở 680 m/s trong không khí 15 °C có bề mặt đạt trên 240 °C. Vật liệu phải được chọn để chịu được các nhiệt độ này.

Năng lượng trên mỗi kilôgam

Ở 340 m/s một kilôgam vật chất có 57,8 kJ động năng; ở 680 m/s nó có 231 kJ, gấp bốn lần. Năng lượng va chạm của một viên đạn siêu thanh tăng theo bình phương tốc độ, nên Mach 2 nguy hiểm hơn Mach 1 rất nhiều.

Đo khoảng cách bằng tiếng vang

Một tiếng vang trở lại sau 0,5 s đến từ 85 m. Sonar và máy đo khoảng cách âm thanh dùng điều này. Vì âm thanh truyền ở 340 m/s, sai số 1 °C trong nhiệt độ không khí cho sai số 0,17 phần trăm trong khoảng cách.

Siêu âm

Một bộ chuyển đổi 40 kHz tạo ra sóng có bước sóng 8,6 mm trong không khí. Nếu nguồn chuyển động ở 3,4 m/s, Mach 0,01, hiệu ứng Doppler dịch tần số 1 phần trăm. Máy đo tốc độ siêu âm dựa vào tỉ lệ này.

Thử nghiệm xe và máy bay

Xe đua được thử trong hầm gió ở 40 đến 70 m/s, Mach 0,12 đến 0,21, nơi có thể bỏ qua tính nén. Máy bay chở khách được thử ở Mach 0,7 đến 0,9, 238 đến 306 m/s, nơi tính nén là thiết yếu.

Không khí rất loãng

Ở độ cao 80 km không khí loãng đến mức khái niệm thông thường về tốc độ âm thanh mất ý nghĩa. Với các vật thể chuyển động ở 7.000 m/s số Mach trở thành một đại lượng hình thức, và các nhà vật lý dùng số Knudsen và các tham số khác thay vào đó.

Vận động viên chạy nước rút và động vật

Một vận động viên chạy nước rút hàng đầu ở 12,4 m/s là ở Mach 0,036, một con báo săn ở 29 m/s ở Mach 0,085 và một con chim cắt lang thang khi bổ nhào ở 108 m/s ở Mach 0,32. Không sinh vật sống nào tiến gần Mach 1, ngoại trừ đầu roi.

Tiếng roi quất

Tiếng chát của một chiếc roi là một tiếng nổ siêu thanh nhỏ xíu. Khi vòng của roi chạy về phía đầu roi nó tăng tốc vượt 340 m/s. Đó là một trong số ít vật dụng hằng ngày vượt Mach 1.

Tàu thăm dò của hệ Mặt Trời

Tàu thăm dò Voyager 1 di chuyển ở khoảng 17.000 m/s, tức Mach 50 theo hệ số mặt đất, và Parker Solar Probe đã đạt khoảng 192.000 m/s, Mach 565. Không có không khí trong không gian, nên các số Mach này chỉ để so sánh, nhưng chúng cho cảm giác sinh động về quy mô.

Độ trễ của súng lệnh xuất phát

Trong một cuộc chạy nước rút, âm thanh của súng lệnh mất 0,29 giây để đến một vận động viên cách 100 mét. Vì thế người bấm giờ ở vạch đích khởi động đồng hồ theo ánh chớp chứ không theo tiếng nổ. 0,29 s gần gấp ba lần ngưỡng thời gian phản ứng cho phép trong một lần xuất phát hợp lệ, là 0,1 s.

Hai con đường đến một đáp số

Bạn có thể đi từ m/s sang Mach trực tiếp, chia cho 340,294, hoặc qua hai bước: tính tốc độ âm thanh từ nhiệt độ rồi chia cho nó. Ở 15 °C hai đường trùng nhau. Ở các nhiệt độ khác, đường thứ hai là đường đúng.

Dữ liệu khí tượng

Một phong kế nghiên cứu ghi gió bằng m/s. Cơn gió giật mạnh nhất từng đo được, 113 m/s, là Mach 0,33. Một cơn bão cuồng phong 70 m/s là Mach 0,21 và một dòng khí phản lực 60 m/s là Mach 0,18. Ngay cả cơn gió dữ dội nhất cũng không đến gần rào cản âm thanh.

Hầm gió

Một hầm gió dưới âm hoạt động dưới 270 m/s, Mach 0,8. Một hầm gió gần âm bao phủ 270 đến 410 m/s, Mach 0,8 đến 1,2, một hầm siêu âm 410 đến 1.700 m/s, Mach 1,2 đến 5, và một hầm siêu vượt âm từ 1.700 m/s. Báo cáo thử nghiệm được gắn nhãn bằng số Mach, không phải bằng m/s.

Máy bay ở độ cao

Một máy bay chở khách bay ở 250 m/s ở 11 km, nơi âm thanh truyền ở 295 m/s, là ở Mach 0,85. Dùng con số mặt đất, 340 m/s, bạn sẽ được 0,735. Phi công làm việc theo Mach ở độ cao vì các giới hạn khí động học được đặt theo Mach.

Các chất khí khác

Trong heli âm thanh truyền ở 1.007 m/s, nên một vật thể ở 340 m/s là ở Mach 0,34. Trong carbon dioxide âm thanh truyền ở 268 m/s, và cùng vật thể đó ở Mach 1,27. Số Mach phải luôn được tính bằng tốc độ âm thanh của chất khí liên quan.

Sao Hỏa và sao Kim

Trên sao Hỏa âm thanh truyền ở khoảng 240 m/s, nên một phương tiện ở 100 m/s là ở Mach 0,42 ở đó, so với 0,29 trên Trái Đất. Trên sao Kim, nơi âm thanh truyền ở khoảng 410 m/s, cùng phương tiện đó ở Mach 0,24. Tàu thăm dò được thiết kế với các giá trị tại chỗ.

Sao băng

Một thiên thạch nhỏ vào khí quyển ở 11 đến 72 km/s. Ở 20 km/s, 20.000 m/s, nó ở Mach 59 theo hệ số mực nước biển. Trong không khí lạnh hơn, loãng hơn nơi nó cháy, số Mach thực còn cao hơn, nhưng các hiệu ứng là như nhau: một sóng xung kích mạnh và sự nóng lên dữ dội.

Thêm giá trị để chuyển m/s sang Mach

Một danh sách chuyển đổi dài hơn

Nếu giá trị bạn cần không có trong danh sách đầu, những phép chuyển bổ sung này có thể đủ gần để đọc thẳng:

• 0,1 m/s = 0,000293864 Mach
• 0,5 m/s = 0,00146932 Mach
• 3 m/s = 0,00881591 Mach
• 4 m/s = 0,0117545 Mach
• 7 m/s = 0,0205704 Mach
• 15 m/s = 0,0440795 Mach
• 20 m/s = 0,0587727 Mach
• 75 m/s = 0,220398 Mach
• 200 m/s = 0,587727 Mach
• 500 m/s = 1,46932 Mach
• 2.000 m/s = 5,87727 Mach
• 10.000 m/s = 29,3864 Mach

Những lỗi cần tránh với phép “chuyển m/s sang Mach”

Sai phép toán

Từ m/s sang Mach bạn chia. Nếu 250 m/s ra 85.000, bạn đã nhân với 340.

Quên nhiệt độ

340,294 là cho không khí 15 °C. Ở −56,5 °C, 250 m/s là Mach 0,85 chứ không phải 0,735, lệch nhau 15 phần trăm.

Một chất khí khác

Heli hay carbon dioxide truyền âm thanh ở các tốc độ khác. Hãy dùng tốc độ âm thanh của chất khí bạn thực sự có.

Câu hỏi ngắn gọn

Quy tắc cho một phép “chuyển m/s sang Mach” là gì?

Chia con số m/s cho 340,294.

100 m/s là số Mach nào?

Mach 0,294.

680 m/s là số Mach nào?

Mach 2,00.

Mach 1 là bao nhiêu m/s?

340,294 m/s ở 15 °C.

Trang có tải lên những gì tôi gõ không?

Không, mọi thứ đều được tính trong trình duyệt của bạn.

Các bộ chuyển đổi khác và phần tóm tắt ngắn

Các trang tốc độ khác: Chuyển m/s sang km/h, Chuyển m/s sang mph, Chuyển mph sang Mach, Chuyển km/h sang Mach, Chuyển Mach sang mph, Chuyển km sang mi, Chuyển mi sang km, Chuyển °C sang °F, Chuyển °F sang °C. Chiều ngược lại là Chuyển Mach sang m/s.

Tóm lại, để biến m/s thành Mach hãy chia cho 340,294 cho không khí 15 °C và giữ đơn vị cùng con số. Không có gì bạn nhập rời khỏi thiết bị của bạn, và không cần tài khoản.