전투기 마하 1 속도 – 음속을 km/h 시속으로 바꾸면?

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초음속 비행기나 로켓처럼 빠른 비행 물체를 보고 시속 몇 km보다는 마하(mach)라는 단위를 많이 사용하는데 마하 1의 속도가 정확히 어느 정도인지 궁금하신 분들이 많을 거라 생각한다.

속도를 나타내는 단위 마하는 항공, 로켓 분야에 많이 사용되는데 하늘에 날아다니는 모든 것들은 여러 가지 특성에 따라서 실제 이동속도가 아닌 음속에 많은 영향을 받기 때문이다.

이번 시간에는 비행기나 로켓 등에서 쓰이는 속도 단위 마하에 대해서 알아보려고 한다.

1. 개요

마하 1 = 음속(340m/s) = 시속 약 1224km/h

저아음속 = 마하 0.3 이하 (367 km/h)
고아음속 = 마하 0.3~0.8 (367 km/h ~ 979 km/h)
천음속 = 마하 0.8~1.2(979 km/h ~ 1,469 km/h)
초음속 = 마하 1.2 ~ 5 (약 1,469 km/h ~ 6,120 km/h)
극초음속 = 마하 5 이상 (약 6,120km/h~)

마하 1

마하는 유체의 속도와 그 속을 전파하는 음속과의 비를 말하는 것으로 오스트리아 출신의 물리학자 에른스트 마흐(Ernst Mach, 1838-1916)의 이름에서 따왔다.

과학보다는 철학에 관심이 많았다고 알려진 마흐는 초음파와 지진파를 연구하며 초고속 카메라도 없는 상황에서 총알이 만들어낸 충격파 사진을 최초로 찍고 확인한 사람이다.

그는 다양한 실험을 하면서 물체가 음속보다 빠르면 어떻게 될까?라는 의문을 품었고 물체의 속도와 음속을 비교하는 단위 마하(mach)의 개념을 만들게 된다.

우리나라에서는 마흐를 마하로 불렀기 때문에 단위의 이름도 마하로 불렀는데 인물의 이름이 마흐로 변경되었지만 관행에 따라서 마하로 고정해서 쓰고 있다.

2. 이유

물체의 속도는 km/h, m/s 같은 SI 단위로 표기해도 되는데 왜 음속을 기준으로 속도를 나타내는 마하의 개념이 필요한 것일까? 온도와 매개물에 따라서 음속이 달라지기 때문이다.

보통 음속은 340m/s (약 1224km/h)로 알고 있지만 분야에 따라서 기온이 섭씨 15 ~20℃ 1기압인 상태에서의 평균값이기 때문에 환경에 따라서 속도가 달라질 수 있다.

항공기가 실제 날아다니는 10km 상공에서는 온도가 영하 -50℃ 수준이기 때문에 섭씨 15℃에서 340m/s 정도로 비행하는 항공기의 속도는 300m/s 수준으로 떨어진다.

섭씨 15도의 환경에서는 천음속이라고 하여 충격파가 발생하지 않지만 섭씨 -50℃인 상공에서는 물체의 앞부터 충격파가 발생하기 때문에 속도가 줄어들게 된다.

때문에 1만 미터 상공에서 300m/s (1,080km/h)의 속도로 비행하는 여객기에 마하(mach)의 개념을 적용하면 마하 1 속도로 날고 있는 것으로 계산할 수 있다.


여기까지 마하(mach)라는 단위가 의미하는 속도와 사용하는 이유에 대해서 알아봤는데 개인적으로 잘 모르는 내용이었기 때문에 글을 쓰면서도 유익한 시간이 되었습니다.

다른 분들에게도 유익한 글이 되었기를 바라며 이상 마치도록 하겠습니다.

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