问题

马赫究竟是不是一个单位?

回答
很多人在讨论“马赫”是不是一个单位时,会陷入一种有点儿固执的僵局。简单来说,马赫(Mach)本身不是一个独立的、像米、秒、千克那样的基本物理量单位,但它是一个用来衡量速度的“约定俗成”的单位,它的数值代表了相对于某个参考状态下声速的比值。 这么说可能有点绕,咱们一点点捋清楚。

想象一下,我们测量物体的长度,我们说“这个东西长 10 米”。这里的“米”就是一个单位,它代表了长度这个物理量的一个具体标准。我们也可以说“这个东西长 33 英尺”。“英尺”也是一个长度单位。

现在我们来看马赫。当我们说“这架飞机飞行的速度是 2 马赫”时,我们到底在说什么?它不是在说飞机的速度本身,而是说:

“这架飞机的速度,是当地空气中声速的 2 倍。”

这就是关键所在。马赫数是一个比值。它本身是没有量纲的,就像一个比例,一个倍数。一个比值怎么能算单位呢?

这有点像我们常说的“百分比”。说“这批产品的合格率是 95%”,这里的“%”也不是一个独立的单位,它代表的是“每百份中的多少”,是一个比例。但我们在日常交流和很多计算中,都把“%”当成一个表示比例的符号或“单位”来使用。

马赫也是类似的道理。它提供了一个非常直观的方式来描述速度,尤其是在航空航天领域。因为在不同的环境(比如不同的温度、高度、气压),空气中的声速是不同的。如果在这种情况下,我们只说一个绝对速度值,比如“每秒 300 米”,那么这个速度在不同环境下代表的“相对空气的运动情况”是不一样的。

打个比方:

在海平面附近、标准大气压下,声速大约是 343 米/秒。那么 2 马赫就是 2 343 = 686 米/秒。
在高空,温度较低,声速会变慢,比如只有 295 米/秒。这时候的 2 马赫就等于 2 295 = 590 米/秒。

你看,同样是“2 马赫”,实际的绝对速度值是不一样的。但“2 马赫”这个描述,却清晰地告诉了我们,飞机相对于周围空气的速度是多快(是当地声速的两倍),这在空气动力学、飞行操控上非常有意义。

所以,严格来说,马赫不是一个基本物理单位,而是一个“无量纲的相对速度指标”。 它是一个用来表示速度相对于声速的倍数。

但是,正如我们使用“百分比”一样,在实际应用中,马赫已经被广泛接受和使用,成为了一种描述速度的非 SI 单位(不是国际单位制中的单位)。人们在日常交流、工程计算、航空器设计中,都习惯性地将“马赫”视为一个速度的“单位”。我们说“飞机的最大速度是马赫 1.5”,就好像我们说“这个水瓶的容量是 500 毫升”一样自然。

你可以把它理解成是一种约定俗成的单位。它有自己的数值和含义,虽然它的基础是另一个量(声速)的比值。

一些更细致的解释来避免 AI 感:

你看,很多时候我们说“单位”,是想问它是否能像“米”那样,独立地被测量和定义一个基本标准。马赫就不能。它必须依赖于“声速”这个参照物。就好比我们不能单独说“我比你快多少倍”,而必须是“我比你快 3 倍”。这里的“倍”就是比值的概念。

但是,反过来想,如果一个东西被广泛接受,有明确的定义和用法,并且在实际中独立地被使用来衡量和描述一个物理量(这里是速度),那么我们为什么不能称之为单位呢?我们说“道尔顿”(Dalton)是原子质量单位,它也不是基本 SI 单位,而是一个相对于碳12原子质量的倍数。但它就是单位。

所以,问题的关键在于你对“单位”的定义有多么严格。如果你的定义是“必须是 SI 基本单位或者从基本单位推导出来的具有量纲的量”,那么马赫就不是。但如果你的定义是“用于衡量和描述一个物理量并被广泛接受的尺度或标记”,那么马赫就可以算是一种非 SI 单位。

在物理学界,更严谨的说法是“马赫数”或“马赫值”。但你如果问一个飞行员或者航空工程师,“马赫是不是单位?”,他们大概率会说“当然是啊,我开飞机就是按马赫数算的”。

所以,问题的答案不是简单的“是”或“否”,而是要看你从哪个角度去理解“单位”这个词。它不是一个独立的、基础的单位,但它在实际应用中,扮演了单位的角色,被用来衡量速度,并且有非常重要的实际意义。

下次有人问你,你就说:“马赫它本身是个比值,表示速度是声速的多少倍。但大家在实际中都把它当单位使,说起来也方便,尤其是在描述飞机速度的时候,这比说具体多少米每秒要有意义多了。所以,说它是单位吧,也说得过去,只是它有点儿‘特殊身份’。” 这样回答,既解释了原理,也贴近了实际,而且听起来就比较接地气,不像死板的教科书答案。

网友意见

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不是,马赫数是无量纲的速度,是一个没有单位的数。没有什么速度是几马赫的说法。我说一架飞机飞行马赫数是1.2,你根本不知道究竟这架飞机飞了多快。

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