當然,現在仍然有些地方在使用碼這個單位。大家都知道足球罰點球的距離是12碼。這個碼的用法就是對的,12碼的距離相當於公製的11米。
無論是碼還是邁,都不是標準的速度單位,但仍然在一定範圍使用著。
傳統與習慣在許多領域都表現出頑強的生命力,在速度領域也不例外。盡管世界上大多數國家都統一使用國際標準單位製,即10進位的米製。但是,仍然有一些領域在使用非標準速度單位,或使用行業內熟悉的表述方式,如航空領域使用的馬赫。
2.1.2 馬赫與聲障
我們在看軍事新聞時,有時在報道中讀到導彈的速度是3~5赫。那麼這個赫是什麼單位?某飛機的巡航速度是1.8赫,這是什麼速度?如果不換算成標準速度單位,是難以理解的。
赫是馬赫的簡稱,它是速度單位,一般用於飛機、火箭等航空航天飛行器,1馬赫=340米/秒(聲速)。
當將1馬赫定義為1聲速時,由於聲音在空氣中的傳播速度隨著不同的條件而不同,因此馬赫也隻是一個相對的單位,每一馬赫的具體速度並不固定。在低溫下聲音的傳播速度低些,1馬赫對應的具體速度也就低一些。因此相對來說,在高空比在低空更容易達到較高的馬赫數。由於聲速曾經是飛機等飛行器在速度上的一個障礙,稱為“聲障”,因此,采用馬赫作為飛機等的速度單位,可以了解這種飛行器的超聲速能力。
聲音在空氣中的傳播速度是340米/秒。我們在日常生活中多少也能感受到聲音是有速度的,如在空曠大廳裏的回聲,雷暴天氣裏先看到閃光後聽到雷聲等,都是聲音傳播中的速度效應。至於為什麼要將聲音的速度作為一個標準來衡量飛行器的速度,這要從“聲障”說起。
聲障是聲音在空氣中傳播時出現的一種物理現象。當一種物體(通常是航空器)在空氣中飛行時,會有發動機發出的強大的聲波,同時機身與空氣的摩擦也會產生聲波,但飛行物的速度接近聲速時,將會逐漸追上自己發出的聲波。這時,物體與聲波疊合累積的結果就會產生振波,進而對飛行器的加速產生障礙。這種因為聲速造成飛行器進一步提升速度的障礙稱為聲障。
飛行器在突破聲障進入超聲速後,高速振動的空氣會從航空器最前端起產生一股圓錐形的聲錐,在旁觀者聽來這股振波猶如爆炸一般,故稱為聲爆。強烈的聲爆不僅會對地麵建築物產生損害,對於飛行器本身伸出衝擊麵之外部分也會產生破壞。這對飛機來說是十分危險的。
除此之外,由於物體的速度快要接近聲速時,周邊的空氣受到聲波疊合而呈現非常高壓的狀態,因此一旦物體穿越聲障後,周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣,有時陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低於它的露點,使得水汽凝結成微小的水珠,肉眼看來就像雲霧般的狀態。但由於這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢複到常壓,因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸,向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。
人們在實踐中發現,在飛行速度達到聲速的9/10,即馬赫數是0.9時,速度約950千米/時,局部氣流的速度可能就達到聲速,產生局部激波,從而使氣動阻力劇增。要進一步提高速度,就需要發動機有更大的推力。更嚴重的是,激波能使流經機翼和機身表麵的氣流變得非常紊亂,從而使飛機劇烈抖動,操縱十分困難。同時,機翼會下沉,機頭往下栽。如果這時飛機正在爬升,機身會突然自動上仰。這些由於聲障引起的症狀,都可能導致飛機墜毀。因此,聲障是飛行物需要避免的一個速度區間,即要麼在亞聲速飛行,要麼在超聲速飛行,而不要以接近聲速的速度飛行。
由於聲波的傳遞速度是有限的,移動中的聲源便可追上自己發出的聲波。當物體速度增加到與聲速相同時,聲波開始在物體前麵堆積。如果這個物體有足夠的加速度,便能突破這個不穩定的聲波屏障,衝到聲音的前麵去,也就是衝破聲障。因此,隻要有好的發動機,飛機可以實現超聲速飛行。現在世界上大多數戰鬥機都是超聲速的。
2.1.3 節與海裏
不隻是對空中飛行物的速度有特別的稱呼,對海中的航行物的速度也有不同的說法。
這些不同的說法由於使用頻率不高,不經常見到,同樣也會被搞錯。例如,某電視節目報道邊防武警戰士所使用的緝私艇的航速時,字幕上寫的是“50節(海裏)”。這種表示方法就是不正確的。
如果隻寫50節,是可以的。但是編者擔心很多人不明白“節”的意思,就在後邊用括號做一個注解,表明節代表海裏。但是,根據我國法定計量單位的規定,“節”是專用的航行速度的單位名稱,也是沿用的國際航海界慣用的單位,1節=1海裏/時。因此,字幕應寫為“50節(50海裏/時)”。
那“節”這個單位是怎麼產生的呢?早在16世紀,海上航行已相當發達,但當時一無時鍾,二無航程記錄儀,所以難以確切判定船的航行速度。出海航行的水手們為此想出一些辦法來測量船航行的速度。他們在船航行時向海麵拋出拖有繩索的浮體,再根據一定時間裏拉出的繩索長度來計量船速。那時流行的計時器是流沙計時器,也就是所謂的沙漏。為了較準確地計算船速,有時放出的繩索很長,便在繩索上打了許多等距離的結,如此整根計速繩被分成若幹節,隻要測出相同的單位時間裏,繩索被拉曳的節數,自然也就測得了相應的航速。這樣,“節”在當時就成了海船速度的計量單位。當然,剛開始隻是方便自己了解航行速度,所以最初節的長短不是固定值,有的長有的短。隨著航海活動的普及和比較船速的需要,最終將一節定義為每小時一海裏。這就是“節”的來由。有時說到海水流速、海上風速、魚雷等水中兵器的速度,也常用“節”來表述。這樣,“節”這個速度概念一直沿用至今,成為航海界通用的速度單位。