m/s 转 Mach 米每秒 ↔ 马赫数 免费 在线 安全

从物理实验室到马赫:对照音速来读一个速度

一名学生用两个麦克风给脉冲计时,一位研究者记录试验段里的空气速度,而一位读太空新闻的读者得知一台探测器正以 17 km/s 的速度运动。他们每个人都有一个以米每秒计的速度,和一个自然的后续问题:它与声音相比如何?马赫数就是答案。要在 15 °C 的空气中把 m/s 换算成马赫,除以 340.294。所以 100 m/s 是 0.294 马赫,340 m/s 是 1 马赫,1,000 m/s 是 2.94 马赫。上面的计算器在您键入时做除法,下面各节把这些数字放进学校实验室、轨道和新闻的背景中。

下面有演算示例、对每个单位的介绍、一次对照、许多来自实验和自然的例子,以及常见的失误。一切都在您的浏览器中计算,没有任何东西发送到服务器。在实验报告中,请说明您为音速使用了哪个温度。

如何把 m/s 换算成马赫:除以 340.294

计算

声音在 15 °C 空气中的速度是 340.294 m/s。马赫数就是速度除以这个数,所以“把 m/s 换算成马赫”的计算就是一次除法:50 m/s 给出 0.147 马赫,250 m/s 给出 0.735 马赫,800 m/s 给出 2.35 马赫。同样的结果也可以通过乘以 0.0029386 得到。反方向则把马赫数乘以 340.294。

演算示例

30 m/s 的大风是 0.088 马赫。250 m/s 的客机在近地面是 0.735 马赫,在 11 km 高度是 0.85 马赫。900 m/s 的炮弹是 2.64 马赫,7,800 m/s 的返回舱按海平面系数是 22.9 马赫。

该多相信这个结果

这个答案只对 15 °C 的空气正确。在更冷的空气中声音更慢,同样的速度给出更高的马赫数:250 m/s 在 −56.5 °C 时是 0.85 马赫,而在 15 °C 时是 0.735。

一个快速的合理性检验

结果必须比 m/s 的数字小三百多倍。如果一次“把 m/s 换算成马赫”的计算给出比您起始的还大的数,说明您乘了 340 而不是除。

米每秒

测量的单位

米每秒是速度的国际单位制单位。实验室传感器、研究用风速计和模拟程序都以 m/s 交付结果,因为物理方程是为它而写的。

出现在哪里

数据文件、实验报告、数值模拟和物理教科书。

马赫数

与音速之比

马赫数把物体的速度与它周围环境中的音速相比较。它没有单位。0.3 的值标志着可压缩性效应的开始,1 是音障,5 是高超音速区的开始。

出现在哪里

空气动力学、弹道学、风洞和太空研究。

米每秒还是马赫?

一 m/s 等于 0.00294 马赫,所以马赫数小三百多倍。100 m/s 的速度是 0.294 马赫,1,000 m/s 是 2.94 马赫。主要的区别在于,马赫取决于气体及其温度,而 m/s 不取决。

因此,这种换算只有在说明条件时才是精确的。一个常见的陷阱是对不在 15 °C 的空气使用 340.294。

转换在哪里出现

在课堂上测量音速

要在课堂上把 m/s 换算成马赫,一个经典实验用两个麦克风给 1.5 m 距离上的脉冲计时,得到约 4.4 ms,在 20 °C 时给出 343 m/s。学生随后用这个数字,把自己的测试速度从 m/s 换算成马赫。对一辆 1.2 m/s 滚动的小车做一次“把 m/s 换算成马赫”的计算,得到 0.0035 马赫。

逃逸与轨道

地球的逃逸速度是 11,186 m/s,按海平面系数是 32.9 马赫。近地表的轨道速度约为 7,800 m/s,即 22.9 马赫。月球的逃逸速度是 2,380 m/s,即 7.0 马赫。航天工程师用 m/s 和 km/s 说话;马赫的比较只是修辞,因为轨道高度几乎没有空气。

流动实验

通过试验段的 100 m/s 的流动是 0.294 马赫,处于可压缩性开始起作用的边缘。在 200 m/s,即 0.588 马赫时,效应很明显,而在 300 m/s,即 0.88 马赫时,物体上会出现局部超音速区。一次“把 m/s 换算成马赫”的计算告诉研究者该使用哪些方程。

共鸣管

一端封闭的管子在它的长度等于波长的四分之一时发生共鸣。对于 20 °C 空气中 440 Hz 的音叉,波长是 0.78 m,管长是 0.195 m。测量这个长度,让学生能计算音速 4 × L × f,并与马赫的参考值比较。

再入舱

返回的舱体以大约 7,800 m/s 遇到大气层。在加热达到峰值的地方,声音以约 300 m/s 传播,所以舱体在那里是 26 马赫。地面系数只会给出 22.9 马赫,这清楚地显示了答案多么强烈地取决于空气的温度。

心算捷径

要在脑子里把 m/s 换算成马赫,除以 340,再去掉百分之 0.1。对于 680 m/s:2.0 减 0.002 得 1.998。对于 250 m/s:0.735。在高空则改为除以 295。

电子表格公式

要在电子表格中把 m/s 换算成马赫,把以 m/s 计的速度放在 A 列,在 B 列输入 =A2/340.294。对于以 °C 计的另一个温度 T,使用 =A2/(20.0468*SQRT(273.15+T))。您会看到马赫数如何随温度变化。

舍入与精度

如果您把 250 m/s 测得精确到百分之 1 以内,结果 0.7347 马赫就不应带四位小数引用。写 0.73。在中间步骤保留完整数字,尤其是在空气温度是单独测量的地方。

值得记住的路标

34 m/s 是 0.1 马赫。102 m/s 是 0.3 马赫。170 m/s 是 0.5 马赫。340 m/s 是 1 马赫。680 m/s 是 2 马赫。1,000 m/s 是 2.94 马赫。1,700 m/s 是 5 马赫。有了这些值,您可以目测把 m/s 换算成马赫。

快速查找表

10 m/s 等于 0.029 马赫,30 m/s 是 0.088 马赫,60 m/s 是 0.176 马赫,150 m/s 是 0.441 马赫,330 m/s 是 0.970 马赫,500 m/s 是 1.469 马赫,1,500 m/s 是 4.408 马赫,3,000 m/s 是 8.816 马赫。一张简短的表使每一次“把 m/s 换算成马赫”的计算核对都立即可行。

用反向运算来核对

要检验一次“把 m/s 换算成马赫”的计算结果,把答案乘以 340.294。如果 250 m/s 变成了 0.735 马赫,那么 0.735 乘以 340.294 几乎等于 250。第二项检验是大小:1 马赫应当刚好落在 340 m/s 以上。

与 km/h 和 mph 的联系

一 m/s 是 3.6 km/h 和 2.237 mph。1 马赫是 340.3 m/s,1,225 km/h 和 761.2 mph。经由 km/h 意味着乘以 3.6 再除以 1,225.06,结果与直接除以 340.294 相同。

一个演算示例

要正确地把 m/s 换算成马赫:隧道里的传感器在 20 °C 时记录到 272 m/s 的流动。在那个温度下声音以 343.2 m/s 传播,所以马赫数是 0.79。用 15 °C 的系数您会得到 0.80。百分之 1 的差别对于跨音速边界的实验可能很重要。

由照片得到激波锥

510 m/s 的物体是 1.5 马赫,它的激波锥半角为 arcsin(1 / 1.5),即 41.8°。在 680 m/s,即 2 马赫时,角度是 30°。通过在照片上测量这个角度,您无需任何其他仪器就能求出马赫数。

给回声计时

一次拍手声在 0.4 s 后从墙上返回,意味着在 20 °C 时墙在 68.6 m 之外,因为声音以 343.2 m/s 传播且往返。如果温度改为 5 °C,速度是 334.3 m/s,同样的延迟意味着 66.9 m。一个好的结果需要空气温度。

纹影摄影

纹影照片使弹丸周围的激波可见。锥角通过 sin(angle) = 1 / Mach 给出马赫数。恩斯特·马赫在 1887 年用类似的方法拍摄了以超过音速运动的弹丸的激波。

空气造成的加热

在 1 马赫时,滞止温度升高约为 58 K,在 2 马赫时约为 230 K,在 3 马赫时约为 518 K。以 680 m/s 穿过 15 °C 空气的物体,表面温度可超过 240 °C。必须选择能经受这些温度的材料。

每千克的能量

在 340 m/s 时,一千克物质有 57.8 kJ 的动能;在 680 m/s 时有 231 kJ,是四倍。超音速弹丸的撞击能量随速度的平方增长,所以 2 马赫比 1 马赫危险得多。

回声测距

0.5 s 后返回的回声来自 85 m 处。声呐和声学测距仪利用这一点。因为声音以 340 m/s 传播,空气温度 1 °C 的误差会使距离产生百分之 0.17 的误差。

超声波

40 kHz 的换能器在空气中产生 8.6 mm 波长的波。如果声源以 3.4 m/s,即 0.01 马赫运动,多普勒效应使频率移动百分之 1。超声测速仪依靠的就是这个比例。

汽车与飞机试验

赛车在风洞中以 40 到 70 m/s,即 0.12 到 0.21 马赫进行试验,在那里可压缩性可以忽略。客机在 0.7 到 0.9 马赫,即 238 到 306 m/s 下试验,在那里可压缩性是关键。

非常稀薄的空气

在 80 km 高度,空气稀薄到普通的音速概念失去了意义。对于以 7,000 m/s 运动的物体,马赫数成了一个形式上的量,物理学家改用克努森数和其他参数。

短跑运动员与动物

12.4 m/s 的精英短跑运动员是 0.036 马赫,29 m/s 的猎豹是 0.085 马赫,俯冲中 108 m/s 的游隼是 0.32 马赫。没有任何生物接近 1 马赫,鞭梢除外。

鞭子的脆响

鞭子的脆响是一次微小的音爆。当鞭子的环圈向鞭梢传播时,它加速超过 340 m/s。它是少数几个超过 1 马赫的日常物体之一。

太阳系探测器

旅行者 1 号探测器以约 17,000 m/s 运动,按地面系数是 50 马赫,帕克太阳探测器已达到约 192,000 m/s,即 565 马赫。太空中没有空气,所以这些马赫数只是用于比较,但它们给出了对规模生动的感受。

发令枪的延迟

在短跑中,发令枪的声音需要 0.29 秒才能到达 100 米外的跑者。因此终点线的计时员在闪光时而不是在响声时启动他们的计时器。这 0.29 秒近乎合法起跑所允许的反应时间门槛的三倍,那个门槛是 0.1 s。

通往同一答案的两条路

您可以直接从 m/s 到马赫,即除以 340.294,也可以分两步:由温度算出音速,再除以它。在 15 °C 时两条路重合。在其他温度下,第二条才是正确的。

气象数据

研究用风速计以 m/s 记录风。有记录以来最强的阵风 113 m/s 是 0.33 马赫。70 m/s 的飓风是 0.21 马赫,60 m/s 的急流是 0.18 马赫。即使是最猛烈的风,也远不及音障。

风洞

亚音速风洞在 270 m/s,即 0.8 马赫以下工作。跨音速风洞覆盖 270 到 410 m/s,即 0.8 到 1.2 马赫,超音速风洞 410 到 1,700 m/s,即 1.2 到 5 马赫,而高超音速风洞从 1,700 m/s 起。试验报告标注的是马赫数,而不是 m/s。

高空的飞机

一架在 11 km 高度以 250 m/s 飞行的客机,那里声音以 295 m/s 传播,是 0.85 马赫。用地面的数字 340 m/s,您会得到 0.735。飞行员在高空按马赫工作,因为空气动力学的极限是按马赫设定的。

其他气体

在氦气中声音以 1,007 m/s 传播,所以 340 m/s 的物体是 0.34 马赫。在二氧化碳中声音以 268 m/s 传播,同一物体是 1.27 马赫。马赫数必须始终用所涉气体的音速来计算。

火星与金星

在火星上声音以约 240 m/s 传播,所以 100 m/s 的飞行器在那里是 0.42 马赫,而在地球上是 0.29。在声音以约 410 m/s 传播的金星上,同一飞行器是 0.24 马赫。探测器是按当地的数值设计的。

流星体

流星体以 11 到 72 km/s 进入大气层。在 20 km/s,即 20,000 m/s 时,按海平面系数是 59 马赫。在它燃烧的更冷、更稀薄的空气中,实际的马赫数更高,但效应是相同的:强烈的激波和剧烈的加热。

把 m/s 换算成马赫的更多数值

更长的换算列表

如果您需要的数值不在第一个列表里,下面这些进一步的换算也许足够接近,可以直接读取:

• 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

“把 m/s 换算成马赫”计算中应避免的错误

运算错了

从 m/s 到马赫,您要做除法。如果 250 m/s 得出了 85,000,说明您乘了 340。

忘了温度

340.294 适用于 15 °C 的空气。在 −56.5 °C 时,250 m/s 是 0.85 马赫而不是 0.735,相差百分之 15。

另一种气体

氦气或二氧化碳传播声音的速度不同。请使用您实际拥有的那种气体的音速。

简要问答

“把 m/s 换算成马赫”计算的规则是什么?

把 m/s 的数字除以 340.294。

100 m/s 是多少马赫?

0.294 马赫。

680 m/s 是多少马赫?

2.00 马赫。

1 马赫是多少 m/s?

15 °C 时 340.294 m/s。

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不会,一切都在您的浏览器中计算。

更多换算器与简短总结

其他速度页面:把 m/s 换算成 km/h、把 m/s 换算成 mph、把 mph 换算成马赫、把 km/h 换算成马赫、把马赫换算成 mph、把 km 换算成 mi、把 mi 换算成 km、把 °C 换算成 °F、把 °F 换算成 °C。相反的方向是把马赫换算成 m/s。

简言之,要把 m/s 变成马赫,对 15 °C 的空气除以 340.294,并让单位跟着数字走。您输入的任何内容都不会离开您自己的设备,也无需账户。