co się dzieje, gdy coś łamie barierę dźwięku?
kwiecień 2001
14 października 1946 roku z dużego B-29 zrzucono niewielki, prawie rakietowy samolot typu Bell X-1. Kapitan Chuck Yeager odpalił silnik X-1 i został przyspieszony przez barierę dźwięku, stając się pierwszym człowiekiem, który podróżował szybciej niż prędkość dźwięku. Prędkość, z jaką porusza się dźwięk, jest znana jako bariera dźwięku. Prędkość fali dźwiękowej zmienia się w zależności od temperatury i gęstości powietrza, zwiększając się o około 0.,6 m / s dla każdego wzrostu temperatury stopni Celsjusza. Przy 68° F prędkość dźwięku wynosi około 343 m/s lub 767 mph na poziomie morza. Dlaczego właśnie ta prędkość nazywa się barierą dźwięku?
samolot wydaje dźwięk, który promieniuje z samolotu we wszystkich kierunkach. Fale propagujące się przed płaszczyzną stają się zatłoczone przez ruch płaszczyzny. Gdy samolot zbliża się do prędkości dźwięku, ciśnienie akustyczne „fale” piętrzą się na siebie, kompresując powietrze. Powietrze znajdujące się przed samolotem wywiera na samolot siłę utrudniającą jego ruch., Gdy samolot zbliża się do prędkości dźwięku, zbliża się do niewidzialnej bariery ciśnień ustawionej przez fale dźwiękowe tuż przed samolotem. Sprężone powietrze przed samolotem wywiera na samolot znacznie większą niż zwykle siłę. Zauważalny jest w tym momencie wzrost oporu aerodynamicznego samolotu, stąd pojęcie przełamania ” bariery dźwięku.”Gdy samolot przekracza prędkość dźwięku, mówi się, że jest naddźwiękowy. Często prędkość naddźwiękowa jest określana jako liczba Macha. Liczba Mach jest prędkością obiektu podzieloną przez prędkość dźwięku., Tak więc Mach 3 oznacza trzykrotnie większą prędkość dźwięku.
wyobraź sobie Łódź podróżującą po wodzie. Łódź popycha wodę, a z dziobu łodzi wychodzi grzebień fali i rozprzestrzenia się po jeziorze. Ta stożkowa fala dziobowa widoczna na powierzchni wody, zwana frontem falowym, jest podobna do boomu Sonicznego samolotu. Gdy samolot leci z prędkością naddźwiękową, ciśnienie akustyczne tworzy stożek, którego wierzchołek znajduje się na nosie samolotu. Rozważ naddźwiękowy samolot lecący w Twoją stronę, gdy patrzysz na niego z ziemi., Początkowo nic nie słychać, ponieważ samolot porusza się szybciej niż sam dźwięk, ale gdy stożek ciśnienia akustycznego dociera do ucha, słyszysz boom. Obiekt poruszający się w powietrzu powoduje, że energia fali dźwiękowej (powietrza) gromadzi się wzdłuż stożkowej linii (jak fala dziobowa łodzi) zwanej frontem falowym. Gdy fale te kumulują się, istnieje bardzo duża różnica ciśnień w przedniej części fali, która jest nazywana falą uderzeniową. Kiedy ten front fali mija jednostkę, nagła różnica ciśnień lub zmiana ciśnienia tworzy” bum soniczny”, który słyszymy.,
wszystko, co przekracza prędkość dźwięku, tworzy „sonic boom”, nie tylko samoloty. Samolot, kula lub końcówka bicza może stworzyć ten efekt; wszystkie wytwarzają pęknięcie. Ta zmiana ciśnienia spowodowana przez boom soniczny może być bardzo szkodliwa. W przypadku samolotów fale uderzeniowe są znane z wybijania okien w budynkach. Fale uderzeniowe mają zastosowania poza lotnictwem. Nerki i kamienie żółciowe są łamane techniką zwaną pozaustrojową litotrypsją falą uderzeniową. Technika ta wykorzystuje fale, które znajdują się poza naszym normalnym zasięgiem słuchu, ale mimo to nadal są falami., Fala uderzeniowa jest wytwarzana na zewnątrz ciała i skupiona przez reflektor, tak aby zbiegała się na kamieniach. Stres wytwarzany przez fale uderzeniowe powoduje, że kamienie są łamane na małe kawałki, które można następnie wyeliminować.