La φράγμα ήχου Είναι ένα φυσικό φαινόμενο που αναφέρεται στην οριακή ταχύτητα με την οποία ένα αντικείμενο μπορεί να κινηθεί σε ένα δεδομένο μέσο χωρίς να υπερβεί την ταχύτητα του ήχου σε αυτό το μέσο. Διαφέρει ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία και το υψόμετρο. Πολλοί άνθρωποι ενδιαφέρονται για αυτό το θέμα εδώ και πολύ καιρό.
Επομένως, θα αφιερώσουμε αυτό το άρθρο για να σας πούμε τι είναι το ηχητικό φράγμα, τα χαρακτηριστικά και τη σημασία του.
Κύρια χαρακτηριστικά
Όταν ένα αντικείμενο κινείται με ταχύτητα ίση ή μικρότερη από αυτή του ήχου, τα ηχητικά κύματα που εκπέμπει μπορούν να διαδοθούν στο μέσο χωρίς κανένα πρόβλημα. Ωστόσο, όταν το αντικείμενο αρχίζει να κινείται ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου, μια συσσώρευση ηχητικών κυμάτων εμφανίζεται μπροστά από το κινούμενο αντικείμενο.
Αυτή η συσσώρευση κυμάτων δημιουργεί μια υψηλή πίεση στην περιοχή που ονομάζεται «κύμα κρούσης». Το κρουστικό κύμα είναι μια συγκέντρωση ενέργειας που σχηματίζεται γύρω από το αντικείμενο όταν φθάνει ή υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου.
Όταν ένα αντικείμενο διαπερνά το ηχητικό φράγμα, εμφανίζεται ένα γεγονός γνωστό ως "ηχητική έκρηξη". Αυτό το συμβάν χαρακτηρίζεται από έναν δυνατό και διακριτικό θόρυβο, παρόμοιο με έκρηξη ή βροντή. Η ηχητική έκρηξη προκαλείται από την ξαφνική απελευθέρωση ενέργειας που αποθηκεύεται στο ωστικό κύμα καθώς το αντικείμενο περνά μέσα από αυτό.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ηχητική έκρηξη δεν είναι επιβλαβής από μόνη της, αλλά μπορεί να προκαλέσει δυσφορία στους ανθρώπους στο έδαφος. Εξαιτίας αυτού, πολλές περιοχές έχουν κανονισμούς και περιορισμούς στα υπερηχητικά αεροσκάφη που πετούν κοντά σε κατοικημένες περιοχές.
Κάποιο ιστορικό
Ας πάμε λίγα χρόνια πίσω. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, ο κόσμος της αεροπορίας έφερε επανάσταση με την ανάπτυξη των πρώτων κινητήρων αεριωθουμένων. Αυτά τα αεροπλάνα είναι ικανά να πετούν ψηλότερα και πιο γρήγορα. Καθώς η τεχνολογία αναπτύχθηκε, τίποτα δεν φαινόταν ότι θα μπορούσε να βελτιώσει την ταχύτητα μέχρι να γίνει γνωστό το ηχητικό φράγμα.
Γρήγορα συνειδητοποίησαν ότι όσο ισχυροί κι αν ήταν οι νέοι κινητήρες, δεν μπορούσαν να πλησιάσουν την ταχύτητα του ήχου: αφενός, θα έχαναν ισχύ καθώς οι κινητήρες πλησίαζαν το 1 Mach και αφετέρου λόγω της συντριβής του κύματος. Εκείνη την εποχή πίστευαν ότι η ταχύτητα του ήχου ήταν ασυναγώνιστη, σωματικά ασυναγώνιστη. Εξ ου και το όνομα «ηχητικό φράγμα».
Τον Οκτώβριο του 1947, το πρώτο αεροσκάφος που έσπασε το φράγμα του ήχου ήταν το πειραματικό X-1, το οποίο σχεδιάστηκε ειδικά για αυτό. Επιπλέον, ήταν το πρώτο αεροσκάφος στις Ηνωμένες Πολιτείες αφιερωμένο στην έρευνα στον τομέα της αεροναυπηγικής και δημιούργησε προηγούμενο, με αποτέλεσμα την απογραφή περισσότερων από 50 «X-planes».
Περιέργως, ο πρώτος άνθρωπος που πέταξε πιο γρήγορα από 1 Mach ήταν ο Chuck Yeager, πρώην πιλότος της USAF που κέρδισε πολλά βραβεία για τις εναέριες μάχες του κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου. Το X-1 απέδειξε ότι η υπερηχητική ταχύτητα είναι φυσικά δυνατή.
Κρουστικά κύματα και ηχητικό φράγμα
Για να κατανοήσουμε την εκθετική αύξηση της αεροδυναμικής οπισθέλκουσας, πρέπει να κατανοήσουμε τι είναι τα κρουστικά κύματα. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω δραματικών αλλαγών στην πίεση του αέρα. Ακολουθεί ένα απλό παράδειγμα: αν έχετε έναν κουβά γεμάτο νερό, ανοίξετε την παλάμη σας και χτυπήσετε δυνατά το νερό, θα ακούσετε ένα δυνατό «πλοπ λοπ». Εάν επαναλάβετε το πείραμα αλλά παίξετε μόνο με τις άκρες των δακτύλων σας, όχι μόνο δεν θα πονέσει, αλλά δεν θα ακούσετε δυνατούς ήχους.
Ο λόγος είναι ότι μια μεγάλη περιοχή καλύπτεται από το χέρι και τα σωματίδια του νερού στην περιοχή πρόσκρουσης δεν έχουν χώρο ή χρόνο να «ξεφύγουν» οπότε το νερό δίνει μια αίσθηση «σκλήρυνσης». Όταν κάνετε το ίδιο με τα δάχτυλά σας, το νερό προσαρμόζεται στην κρούση και κατακάθεται γύρω από τα δάχτυλά σας χωρίς θόρυβο ή πόνο.
Το ίδιο συμβαίνει και με τον αέρα: όταν πετάμε με υποηχητικές ταχύτητες, ο αέρας έχει χρόνο να κινηθεί και να πάρει το σχήμα του αεροπλάνου που περνά μέσα από αυτόν. Κατά τη διάρκεια της υπερηχητικής πτήσης, το αεροπλάνο «χτυπούσε» αμετάκλητα τον αέρα, δημιουργώντας τεράστιες αλλαγές πίεσης. Αυτό είναι γνωστό ως ωστικό κύμα και ευθύνεται για τη δραματική αύξηση της αεροδυναμικής αντίστασης. Έτσι, όλα τα υπερηχητικά αεροπλάνα ακολουθούν το ίδιο μοτίβο: μια λεπτή άτρακτο, σαρωμένα φτερά και μια πολύ κοφτερή μύτη.
Μύθοι και αλήθειες του ηχητικού φράγματος
Υπάρχουν πολλοί μύθοι γύρω από το ηχητικό φράγμα. Ας αναλύσουμε μερικά από αυτά με την αλήθεια μπροστά:
Μύθος: Εάν ένα αντικείμενο σπάσει το φράγμα του ήχου, θα εκραγεί.
Αλήθεια: Δεν είναι αλήθεια. Αν και η διέλευση ενός αντικειμένου μέσα από το ηχητικό φράγμα μπορεί να προκαλέσει ηχητική έκρηξη, αυτό δεν σημαίνει ότι το αντικείμενο θα εκραγεί. Η δομή του αντικειμένου έχει σχεδιαστεί για να αντέχει τις δυνάμεις που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.
Μύθος: Το ηχητικό φράγμα είναι ένας φυσικός τοίχος.
Αλήθεια: Το ηχητικό φράγμα δεν είναι ένα στερεό φυσικό φράγμα. Είναι ένας όρος που περιγράφει την ταχύτητα με την οποία τα ηχητικά κύματα συσσωρεύονται και δημιουργούν ένα ωστικό κύμα. Είναι ένα φαινόμενο που σχετίζεται με τη διάδοση του ήχου σε ένα συγκεκριμένο μέσο.
Μύθος: Τα υπερηχητικά αεροπλάνα πάντα σπάνε το φράγμα του ήχου όταν πετούν.
Αλήθεια: Δεν είναι απαραίτητο ένα υπερηχητικό αεροσκάφος να σπάει συνεχώς το φράγμα του ήχου. Τα υπερηχητικά αεροσκάφη μπορούν να πετάξουν τόσο κάτω όσο και πάνω από την ταχύτητα του ήχου, ανάλογα με τις συνθήκες και τους στόχους πτήσης. Μόνο όταν υπερβαίνουν την ταχύτητα του ήχου δημιουργείται ηχητική έκρηξη.
Mito: Η ηχητική έκρηξη είναι επικίνδυνη για τους ανθρώπους στο έδαφος.
Αλήθεια: Το ίδιο το ηχητικό μπουμ δεν είναι επικίνδυνο. Ωστόσο, μπορεί να είναι ενοχλητικό και ενοχλητικό για τους ανθρώπους στο έδαφος. Ο ξαφνικός δυνατός θόρυβος μπορεί να προκαλέσει όχληση και αναστάτωση σε κατοικημένες και αστικές περιοχές, γεγονός που οδήγησε στην επιβολή κανονισμών και περιορισμών στις υπερηχητικές πτήσεις κοντά σε κατοικημένες περιοχές.
Mito: Μόνο αεροπλάνα μπορούν να σπάσουν το φράγμα του ήχου.
Αλήθεια: Αν και τα αεροπλάνα είναι το πιο κοινό μέσο μεταφοράς που σχετίζεται με το ηχητικό φράγμα, δεν είναι τα μόνα που μπορούν να το ξεπεράσουν. Άλλα οχήματα, όπως πύραυλοι, πύραυλοι και βλήματα, μπορούν επίσης να σπάσουν το φράγμα του ήχου όταν φτάσουν σε υπερηχητικές ταχύτητες.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το ηχητικό φράγμα και τα χαρακτηριστικά του.