速度转换器
从步行速度到光速：掌握速度与速率
公路运输、航空、航海、科学和航天领域速度单位的清晰地图。了解马赫数的工作原理，如何自信地进行转换，以及每种单位的最佳使用时机。
速度的基础
距离除以时间
速度量化了位置变化的速度：v = 距离/时间。
速率包含方向；日常用法通常说“速度”。
- SI基本单位：m/s
- 常用显示：km/h, mph
- 海上和空中使用节
马赫数和飞行状态
马赫数比较的是速度与当地声速（随温度/高度变化）。
飞行状态（亚音速→高超音速）指导着飞机设计和性能。
- 亚音速：Ma < 0.8
- 跨音速：≈ 0.8–1.2
- 超音速：> 1.2；高超音速：> 5
航海惯例
导航使用海里（1,852米）和节（1海里/小时）。
距离和速度与纬度/经度对齐，以便于海图作业。
- 1节 = 1.852 km/h
- 海里与地球几何形状相关联
- 节是海事和航空领域的标准
- 通过m/s转换以确保清晰和准确
- 马赫数取决于温度/高度（当地声速）
- 在海上/空中使用节；在公路上使用mph或km/h
为什么马赫数会变化
温度和高度
马赫数使用当地声速a，它取决于气温。
在更高的高度（更冷的空气），a更低，所以相同的m/s对应更高的马赫数。
- 海平面（约15°C）：a ≈ 340 m/s
- 11公里（-56.5°C）：a ≈ 295 m/s
- 相同真实空速→在更高高度有更高马赫数
经验法则
马赫数 = 真实空速 / a。引用马赫数时务必指明条件。
- TAS：真实空速
- a：当地声速（取决于温度）
快速参考
常见路标
典型速度限制（因国家而异）：
- 市区：30–60 km/h（20–40 mph）
- 郊区：80–100 km/h（50–62 mph）
- 高速公路：100–130 km/h（62–81 mph）
空速与地速
风会改变地速，但不会改变指示空速。
- 逆风降低地速；顺风增加地速
- IAS用于飞机性能
- 节（kt）在报告中很常见
各单位适用场景
公路与运输
路标使用km/h（大多数国家）或mph（美国/英国）。
- km/h在全球占主导地位
- mph在美国/英国很常见
- m/s在工程领域更受青睐
航空
飞行员使用节和马赫数；地速可能以节或km/h为单位。
- 指示空速与真实空速
- 马赫数用于高空
- 节是标准报告单位
海事
航海使用节表示速度，海里表示距离。
- 1节 = 1海里/小时
- 水流和风影响对地速度
科学与太空
物理学和航天使用m/s；参考值包括声速和光速。
- c = 299,792,458 m/s
- 轨道速度随高度变化
- 超音速/高超音速状态
速度状态（空气，海平面近似值）
| 状态 | 马赫范围 | 典型情境 |
|---|---|---|
| 亚音速 | < 0.8 | 客机、通用航空巡航（经济） |
| 跨音速 | ≈ 0.8 – 1.2 | 阻力急剧上升区域；高亚音速喷气机 |
| 超音速 | > 1.2 | 协和飞机、超音速战斗机 |
| 高超音速 | > 5 | 再入飞行器、实验性飞行器 |
公路与运输应用
汽车速度测量在不同地区标准下平衡了法律要求、安全性和性能测试。
- **全球速度限制：** 市区30–60 km/h（20–37 mph）；高速公路80–130 km/h（50–81 mph）；德国的高速公路有不限速路段
- **性能基准：** 0–100 km/h（0–60 mph）加速是行业标准；超级跑车在3秒内完成
- **速度执法：** 雷达枪使用多普勒效应测量速度；典型精度为±2 km/h（±1 mph）
- **GPS速度计：** 比机械速度计更精确（后者可能为安全边际而读高5–10%）
- **赛道：** F1赛车达到370 km/h（230 mph）；最高速度受阻力与下压力权衡的限制
- **电动汽车：** 即时扭矩使其0–100 km/h加速比同类内燃机汽车更快，尽管最高速度通常较低
航空与航天应用
飞机速度测量区分指示空速（IAS）、真实空速（TAS）和地速（GS）——对安全和导航至关重要。
- **IAS（指示空速）：** 飞行员看到的读数；基于动压。用于飞机性能限制（失速速度、最大速度）
- **TAS（真实空速）：** 飞机在空气中的实际速度；因空气密度较低，高空时TAS高于IAS。TAS = IAS × √(ρ₀/ρ)
- **地速（GS）：** 飞机相对于地面的速度；TAS±风速。顺风增加GS；逆风减少GS。对导航和燃油规划至关重要
- **马赫数：** 飞机性能在Ma=1附近（跨音速区）发生剧烈变化；形成激波，阻力急剧增加
- **客机巡航：** 通常为马赫0.78–0.85（最佳燃油效率）；在巡航高度相当于约850–900 km/h（530–560 mph）
- **军用喷气机：** F-15最高速度马赫2.5+（2,655 km/h / 1,650 mph）；SR-71“黑鸟”保持着马赫3.3（3,540 km/h / 2,200 mph）的记录
- **再入速度：** 航天飞机以马赫25（8,000 m/s, 28,000 km/h, 17,500 mph）的速度进入大气层——极端加热需要热防护
海事与航海导航
海事速度测量使用节和海里——这些单位直接与地球几何形状相关，便于无缝海图导航。
- **为什么是海里？** 1海里=1纬度分=1,852米（1929年国际协定）。这使得海图作业直观易懂
- **节的起源：** 水手使用带有规律间隔绳结的“测程索”。在固定时间内经过船尾的绳结数量=以节为单位的速度
- **船舶速度：** 集装箱船巡航速度为20–25节（37–46 km/h）；游轮为18–22节；最快的客轮（SS United States）达到38.32节（71 km/h）
- **洋流影响：** 湾流以2–5节向东流动；船舶利用或避开洋流以节省燃料和时间
- **推算航法：** 通过跟踪速度和航向随时间变化进行导航。准确性取决于精确的速度测量和洋流补偿
- **对水速度与对地速度：** GPS提供对地速度；测程仪测量对水速度。两者之差揭示了洋流的强度/方向
科学与物理应用
科学测量使用m/s和定义物理状态的参考速度——从分子运动到宇宙速度。
- **声速（空气，20°C）：** 343 m/s（1,235 km/h, 767 mph）。随√T变化；每°C增加约0.6 m/s。用于定义马赫数
- **声速（水）：** 约1,480 m/s（5,330 km/h）——比空气快4.3倍。声纳和潜艇探测依赖于此
- **声速（钢）：** 约5,960 m/s（21,460 km/h）——比空气快17倍。超声波检测用于探伤
- **逃逸速度（地球）：** 11.2 km/s（40,320 km/h, 25,000 mph）——在没有推进力的情况下逃离地球引力的最低速度
- **轨道速度（近地轨道）：** 约7.8 km/s（28,000 km/h, 17,500 mph）——国际空间站的轨道速度；平衡引力与离心力
- **地球自转：** 赤道以465 m/s（1,674 km/h, 1,040 mph）向东移动；向东发射的火箭利用此速度获得加速
- **光速（c）：** 299,792,458 m/s（根据定义）。宇宙速度极限；任何有质量的物体都无法达到c。在相对论速度（>0.1c）下会发生时间膨胀
- **粒子加速器：** 大型强子对撞机将质子加速到0.9999999c（约299,792,455 m/s）——能量在接近c时急剧增加
历史与文化中的速度单位
- **弗隆每两周：** 一个幽默的单位=1弗隆（⅓英里）每14天≈0.000166 m/s（0.6米/小时）。用于物理学笑话和道格拉斯·亚当斯的作品中
- **里格每小时：** 中世纪旅行速度；1里格≈3英里（4.8公里），所以1里格/小时≈1.3 m/s（4.8 km/h）——典型的步行速度。出现在儒勒·凡尔纳的小说中
- **罗马步（passus）：** 罗马里=1,000步（约1.48公里）。行军的军团每天行进20–30罗马里（30–45公里/天，平均约1.5 m/s）
- **俄里每小时（俄罗斯）：** 1俄里=1.0668公里；在19世纪的俄罗斯使用。火车速度以俄里/小时为单位（《战争与和平》中有提及）
- **里每天（中国）：** 中国传统里≈0.5公里；长途旅行以里/天为单位。丝绸之路上的商队：30–50里/天（15–25公里/天）
- **海军节（1954年前）：** 英国定义为6,080英尺/小时=1.85318 km/h（相对于现代的1.852 km/h）。微小的差异导致了导航错误；于1954年标准化
转换如何工作
- m/s × 3.6 → km/h；m/s × 2.23694 → mph
- 为公路/航空报告合理四舍五入
- 在科学工作中使用有效数字
常用转换
| 从 | 到 | 系数 | 示例 |
|---|---|---|---|
| km/h | m/s | × 0.27778 (÷ 3.6) | 90 km/h = 25 m/s |
| m/s | km/h | × 3.6 | 20 m/s = 72 km/h |
| mph | km/h | × 1.60934 | 60 mph ≈ 96.56 km/h |
| km/h | mph | × 0.621371 | 100 km/h ≈ 62.14 mph |
| 节 | km/h | × 1.852 | 20节 ≈ 37.04 km/h |
| ft/s | m/s | × 0.3048 | 100 ft/s ≈ 30.48 m/s |
快速示例
日常基准
| 事物 | 典型速度 | 备注 |
|---|---|---|
| 步行 | 4–6 km/h (1.1–1.7 m/s) | 悠闲步伐 |
| 跑步 | 10–15 km/h (2.8–4.2 m/s) | 休闲 |
| 骑行（城市） | 15–25 km/h | 通勤 |
| 城市交通 | 20–40 km/h | 高峰时段 |
| 高速公路 | 90–130 km/h | 因国家而异 |
| 高速铁路 | 250–320 km/h | 现代线路 |
| 客机（巡航） | 800–900 km/h | 马赫 ≈ 0.78–0.85 |
| 猎豹（冲刺） | 80–120 km/h | 短时爆发 |
惊人的速度事实
0–100与0–60
汽车加速性能通常以0–100 km/h或0–60 mph表示——它们几乎是相同的基准。
为什么是节？
“节”源于在一段时间内数绳子上的结——水手的早期速度计。
声音会变
声速不是恒定的——它在冷空气中会下降，所以马赫数随高度变化。
闪电与光速
闪电的先导放电以约75,000 m/s（270,000 km/h）的速度传播——快得惊人！但光速仍比它快4,000倍，达到300,000 km/s。这就是为什么你先看到闪电后听到雷声：光几乎瞬间到达，而声音每公里需要约3秒。
弗隆每两周
物理学家钟爱的一个幽默单位：1弗隆（660英尺）每两周（14天）= 0.000166 m/s = 0.6米/小时。以这个速度，你走1米需要100分钟。非常适合测量大陆漂移（每年约1–10厘米）！
地球转得比声音快
地球赤道以465 m/s（1,674 km/h, 1,040 mph）的速度旋转——比声速还快！赤道上的人们在太空中以超音速移动却毫无感觉。这就是为什么火箭向东发射：可以免费获得465 m/s的速度助推！
GPS卫星飞得快
GPS卫星以约3,900 m/s（14,000 km/h, 8,700 mph）的速度绕地球运行。在这个速度下，爱因斯坦的相对论很重要：它们的时钟每天慢7微秒（速度时间膨胀），但每天快45微秒（引力时间膨胀，在较弱引力场中）。净效应：每天快38微秒——为保证精确定位必须进行校正！
派克太阳探测器：最快的人造物体
派克太阳探测器在2024年最接近太阳时达到了163 km/s（586,800 km/h, 364,600 mph）的速度——快到可以在1分钟内从纽约飞到东京！这相当于光速的0.05%。在未来的飞越中，它将达到200 km/s（720,000 km/h）。
记录与极限
| 记录 | 速度 | 备注 |
|---|---|---|
| 最快的人（尤塞恩·博尔特100米） | 约44.7 km/h（12.4 m/s） | 冲刺过程中的峰值速度 |
| 世界陆地速度记录（ThrustSSC） | > 1,227 km/h | 超音速汽车（1997年） |
| 最快列车（测试） | 603 km/h | JR磁悬浮列车（日本） |
| 最快飞机（有人驾驶） | > 3,500 km/h | X‑15（火箭飞机） |
| 最快航天器（派克太阳探测器） | > 600,000 km/h | 近日点通过 |
速度测量简史
- 1600年代海上使用带结的测程索估算速度
- 1900年代汽车速度计变得普遍
- 1947首次超音速飞行（贝尔X‑1）
- 1969协和飞机首飞（超音速客机）
- 1997ThrustSSC在陆地上打破音障
专业提示
- 为你的受众选择单位：公路用km/h或mph；航空/海事用节；科学用m/s
- 通过m/s转换以避免舍入误差
- 引用马赫数时需说明背景（高度/温度）
- 为便于阅读而合理四舍五入（例如，96.56 → 97 km/h）
单位目录
公制 (SI)
| 单位 | 符号 | 米每秒 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 公里每小时 | km/h | 0.277778 | 路标和车辆规格。 |
| 米每秒 | m/s | 1 | SI速度基本单位；计算的理想选择。 |
| 厘米每秒 | cm/s | 0.01 | 慢速流动和实验室设置。 |
| 公里每秒 | km/s | 1,000 | 轨道/天文尺度。 |
| 微米每秒 | µm/s | 0.000001 | 微观尺度运动（µm/s）。 |
| 毫米每秒 | mm/s | 0.001 | 精密运动和执行器。 |
英制 / US
| 单位 | 符号 | 米每秒 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 英尺每秒 | ft/s | 0.3048 | 弹道学、体育、工程。 |
| 英里每小时 | mph | 0.44704 | 美国/英国公路；汽车。 |
| 英尺每小时 | ft/h | 0.0000846667 | 非常缓慢的漂移/沉降。 |
| 英尺每分钟 | ft/min | 0.00508 | 电梯、传送带。 |
| 英寸每分钟 | in/min | 0.000423333 | 制造业进给率。 |
| 英寸每秒 | in/s | 0.0254 | 机械加工、小型机械装置。 |
| 码每小时 | yd/h | 0.000254 | 非常缓慢的运动。 |
| 码每分钟 | yd/min | 0.01524 | 低速传送带。 |
| 码每秒 | yd/s | 0.9144 | 田径计时；历史。 |
航海
| 单位 | 符号 | 米每秒 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 节 | kn | 0.514444 | 1海里/小时；海事和航空标准。 |
| 海军节 | adm kn | 0.514773 | 节的历史英国定义。 |
| 海里每小时 | nmi/h | 0.514444 | 节的正式表达。 |
| 海里每秒 | nmi/s | 1,852 | 极快（理论情境）。 |
科学 / Physics
| 单位 | 符号 | 米每秒 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 马赫 (海平面) | Ma | 340.29 | 马赫（海平面常规值 ≈ 340.29 m/s）。 |
| 光速 | c | 3.00e+8 | 真空中的光速。 |
| 地球轨道速度 | v⊕ | 29,780 | 地球绕太阳公转速度 ≈ 29.78 km/s。 |
| 第一宇宙速度 | v₁ | 7,900 | 第一宇宙速度（近地轨道） ≈ 7.9 km/s。 |
| 马赫 (平流层) | Ma strat | 295.046 | 马赫（约11公里高度平流层，-56.5°C）。 |
| 银河系速度 | v MW | 552,000 | 银河系运动 ≈ 552 km/s（CMB坐标系）。 |
| 第二宇宙速度 | v₂ | 11,200 | 第二宇宙速度（逃逸地球） ≈ 11.2 km/s。 |
| 太阳系速度 | v☉ | 220,000 | 太阳系运动 ≈ 220 km/s（银河系）。 |
| 速度 (弹道学) | v | 1 | 弹道速度占位符（无单位）。 |
| 空气中的声速 | sound | 343 | 空气中的声速 ≈ 343 m/s（20°C）。 |
| 钢中的声速 | sound steel | 5,960 | 钢中的声速 ≈ 5,960 m/s。 |
| 水中的声速 | sound H₂O | 1,481 | 水中的声速 ≈ 1,481 m/s（20°C）。 |
| 第三宇宙速度 | v₃ | 16,700 | 第三宇宙速度（逃逸太阳系） ≈ 16.7 km/s。 |
航空航天
| 单位 | 符号 | 米每秒 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 公里每分钟 | km/min | 16.6667 | 高速航空/火箭技术。 |
| 马赫 (高海拔) | Ma HA | 295.046 | 高空的马赫数（较低的a）。 |
| 英里每分钟 | mi/min | 26.8224 | 高速飞机报告。 |
| 英里每秒 | mi/s | 1,609.34 | 极端速度（流星、火箭）。 |
历史 / Cultural
| 单位 | 符号 | 米每秒 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 弗隆每两周 | fur/fn | 0.00016631 | 幽默单位；≈ 0.0001663 m/s。 |
| 里格每小时 | lea/h | 1.34112 | 历史文学用法。 |
| 里格每分钟 | lea/min | 80.4672 | 历史高速参考。 |
| 罗马步每小时 | pace/h | 0.000411111 | 罗马步/小时；历史。 |
| 俄里每小时 | verst/h | 0.296111 | 俄罗斯/欧洲历史单位。 |
常见问题
马赫、节、mph——我应该用哪个？
在航空/海事中使用节。在公路上使用km/h或mph。在高空/高速飞行包线中使用马赫数。
为什么马赫数没有一个单一的m/s值？
马赫数是相对于当地声速的，而声速取决于温度和高度。我们在有帮助的地方显示海平面近似值。
m/s比km/h或mph更好吗？
对于计算来说，是的（SI基本单位）。对于交流来说，km/h或mph更易读，具体取决于受众和地区。
如何将km/h转换为mph？
乘以0.621371（或除以1.60934）。示例：100 km/h × 0.621 = 62.1 mph。快速法则：除以1.6。
速度和速率有什么区别？
速度仅指大小（多快）。速率包含方向（矢量）。在日常用法中，“速度”通常用于这两个概念。
为什么船舶和飞机使用节？
节（海里/小时）与海图上的纬度/经度度数对齐。1海里=1纬度分=1,852米。
声速有多快？
在海平面和20°C时约为343 m/s（1,235 km/h, 767 mph）。它随温度和高度变化。
什么是马赫1？
马赫1是当地空气条件下的声速。在海平面（15°C），马赫1约等于1,225 km/h（761 mph, 340 m/s）。