馬赫波

馬赫波

Mach wave

物理學、空氣動力學

一個位置固定的微弱擾源所發出的一系列擾動在超聲（音）速氣流中傳播的波陣面。這是奧地利物理學家、哲學家E.馬赫在 19世紀 80年代末期90年代初期做超音速彈丸實驗時首先發現的。無論氣體靜止還是運動，微弱擾動的傳播速度相對於氣體而言必是音速。位置固定的擾源在速度超過音速（V>a）的氣流中所發出的一個個擾動隨氣流以V的速度向下遊移去，同時擾動本身又以音速a 向四面八方傳播，結果擾動所能播及的區域必限於圖1中圓錐區域以內，這圓錐是一系列擾動球面的包絡面，稱為馬赫錐。圓錐的半頂角μ=arcsin(1/M)，稱為馬赫角；M=V/a，稱為馬赫數。

在速度小於音速的氣流中，a>V，擾動向四面八方傳開去的速度比氣流的速度大，任何一個擾動都能及於全場，因而不存在這種波陣面。在超音速氣流中，馬赫錐又是劃分受擾區和未擾區的界限。擾動只限於馬赫錐以內。所以馬赫錐以內是受擾區，而馬赫錐以外是未擾區。超音速飛機的空氣動力性能用小擾動的線化近似理論處理時，無論是機翼還是機身，或其一部分，都可看作是微弱擾源。機翼或機身上的任何一點產生的擾動所能達到的地方，是以該點為頂點向後伸的馬赫錐以內的區域。錐的半頂角μ∞=arc sin(a∞/ V∞)。這個V∞是來流速度（即飛行速度），a∞是來流中的音速，這個馬赫錐稱為P點的後馬赫錐。錐內的區域稱為P點的影響所及區。反過來説，在流場上任意一點所能接受到的擾動，其源也只限於一個圓錐以內。它是以 Q為頂點向前伸的馬赫錐，錐的軸線平行於來流，半頂角還是μ∞。這個馬赫錐稱為 Q的前馬赫錐。錐內的區域稱為Q點的依賴區，因為Q點的流動情況只為前馬赫錐中的擾動所決定。

恩斯特·馬赫（Ernst Mach,1838-1916），奧地利物理學家、哲學家。 　經驗批判主義的創始人之一；馬赫數、馬赫帶也是其研究成果。 　馬赫（Ernst　Mach，1838～1916）奧地利物理學家、生物學家、心理學家、哲學家。1838年2月18日生於奇爾利茨。父親是家庭教師。童年時代在大自然的魅力下善於用聽覺、觸覺觀察事物的因果關係，初中時，他對教會學校的課程不感興趣而被視為不適宜研究學問、成績不佳的孩子。父親的藏書成了他自學的寶庫。在維也納大學學習數學、物理學和哲學，1860年畢業，並獲博士學位。1864～1867年在格拉茨大學先後任數學教授和實驗物理學教授，1867～1895年在布拉格大學任實驗物理學教授，兩度被選為校長。1901年退休，但仍在家繼續從事科學著述。1916年2月19日在德國特斯特騰逝世。 　馬赫一生主要致力於實驗物理學和哲學的研究。發表過100多篇關於力學、聲學和光學的研究論文和報告。他研究物體在氣體中高速運動時，發現了激波。確定了以物速與聲速的比值（即馬赫數）為標準，來描述物體的超聲速運動。馬赫效應、馬赫波、馬赫角等這些以馬赫命名的術語，在空氣動力學中廣泛使用，這是馬赫在力學上的歷史性貢獻。他首先用儀器演示聲學多普勒效應，提出過n維原子理論等。 　馬赫是一位具有批判精神的理論物理學家。他通過對科學的歷史考察和科學方法論的分析，寫過幾本富有濃厚認識論色彩和歷史觀點的著作，其中以1883年《力學及其發展的批判歷史概論》（簡稱《力學史評》）這部著作影響最大，對物理學的發展產生了深刻的影響。他在書中對牛頓的絕對時間、絕對空間的批判以及對慣性的理解，對愛因斯坦建立廣義相對論起過積極的作用，成為後者寫出引力場方程的依據。後來愛因斯坦把他的這一思想稱為馬赫原理。馬赫的科學認識論曾在自然科學家中產生過強烈的反響，受其影響的科學家最著名的是愛因斯坦和布里奇曼以及量子力學哥本哈根學派的一些物理學家。 　馬赫還寫過再版20次使用40年的《大學生物理學教程》（1891）和《中學生低年級自然科學課本》（1886），是有名的物理學教育家。 　馬赫在哲學上是唯心主義的邏輯實證論者。他否認氣體動理論和原子、分子的真實牲。對此，玻耳茲曼有過尖鋭的批評。列寧在《唯物主義與經驗批判主義》一書中，也批判了馬赫的唯心主義觀點。