La garso barjeras Tai fizinis reiškinys, nurodantis ribinį greitį, kuriuo objektas gali judėti tam tikroje terpėje neviršydamas garso greičio toje terpėje. Skiriasi priklausomai nuo aplinkos sąlygų, tokių kaip temperatūra ir aukštis virš jūros lygio. Daugelis žmonių jau seniai domisi šia tema.
Todėl šį straipsnį skirsime tam, kad papasakotume, kas yra garso barjeras, kokios jos savybės ir svarba.
pagrindinės funkcijos
Kai objektas juda greičiu, lygiu arba mažesniu už garsą, jo skleidžiamos garso bangos gali sklisti terpėje be jokių problemų. Tačiau kai objektas pradeda judėti greičiau nei garso greitis, prieš judantį objektą susidaro garso bangų sankaupa.
Šis bangų kaupimasis sukuria aukštą slėgį regione, vadinamame „smūgio banga“. Smūginė banga – tai energijos koncentracija, kuri susidaro aplink objektą, kai jis pasiekia arba viršija garso greitį.
Kai objektas prasiskverbia pro garso barjerą, įvyksta įvykis, žinomas kaip „garso bumas“. Šiam įvykiui būdingas stiprus ir savitas triukšmas, panašus į sprogimą ar griaustinį. Garso bumą sukelia staigus smūgio bangoje sukauptos energijos išsiskyrimas, kai objektas praeina pro ją.
Svarbu tai pažymėti garsinis bumas pats savaime nėra kenksmingas, tačiau gali sukelti diskomfortą ant žemės esantiems žmonėms. Dėl šios priežasties daugelyje vietovių galioja viršgarsinių orlaivių, skraidančių šalia apgyvendintų vietovių, taisyklės ir apribojimai.
Kai kurios istorijos
Grįžkime keletą metų atgal. Antrojo pasaulinio karo metu aviacijos pasaulis patyrė revoliuciją, kai buvo sukurti pirmieji reaktyviniai varikliai. Šie lėktuvai gali skristi aukščiau ir greičiau. Tobulėjant technologijoms, neatrodė, kad tai galėtų pagerinti greitį, kol nebuvo žinoma garso barjera.
Jie greitai suprato, kad kad ir kokie galingi būtų naujieji varikliai, jie negali priartėti prie garso greičio: viena vertus, jie praras galią, kai varikliai priartės prie 1 macho, o kita vertus – dėl bangos smūgio. Tuo metu buvo manoma, kad garso greitis yra neprilygstamas, fiziškai neįveikiamas. Iš čia ir kilo pavadinimas „garso barjeras“.
1947 m. spalį pirmasis lėktuvas, pralaužęs garso barjerą, buvo eksperimentinis X-1, kuris buvo specialiai jam sukurtas. Be to, tai buvo pirmasis lėktuvas JAV, skirtas tyrimams aeronautikos srityje ir sukūrė precedentą, todėl buvo sukaupta daugiau nei 50 „X lėktuvų“.
Įdomu, pirmasis žmogus, skridęs greičiau nei 1 Mach, buvo Chuckas Yeageris, buvęs USAF pilotas, pelnęs daugybę apdovanojimų už oro mūšį Antrojo pasaulinio karo metais. X-1 įrodė, kad viršgarsinis greitis yra fiziškai įmanomas.
Smūginės bangos ir garso barjeras
Norint suprasti eksponentinį aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimą, reikia suprasti, kas yra smūginės bangos. Šis reiškinys atsiranda dėl dramatiškų oro slėgio pokyčių. Štai paprastas pavyzdys: jei turite pilną kibirą vandens, atidarykite delną ir stipriai smogsite į vandenį, išgirsite garsų „plop plunk“. Jei eksperimentą kartosite, bet žaisite tik pirštų galiukais, ne tik neskaudės, bet ir neišgirsite jokių garsių garsų.
Priežastis ta, kad didelį plotą dengia ranka ir vandens dalelės smūgio zonoje jiems nėra vietos ar laiko „pabėgti“, todėl vanduo suteikia „kietėjimo“ jausmą. Kai tą patį darote su pirštais, vanduo prisitaiko prie smūgio ir nusėda aplink pirštus be triukšmo ar skausmo.
Tas pats atsitinka ir su oru: skrendant ikigarsiniu greičiu oras turi laiko judėti ir įgauti per jį skrendančio lėktuvo formą. Viršgarsinio skrydžio metu lėktuvas negrįžtamai „daužo“ orą, sukeldamas didžiulius slėgio pokyčius. Tai žinoma kaip smūginė banga ir yra atsakingas už dramatišką aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimą. Taigi visi viršgarsiniai lėktuvai vadovaujasi tuo pačiu modeliu: plonas fiuzeliažas, išpūsti sparnai ir labai aštri nosis.
Garso barjero mitai ir tiesos
Apie garso barjerą sklando daugybė mitų. Išanalizuokime kai kuriuos iš jų tiesą į priekį:
Mitas: Jei objektas sulaužys garso barjerą, jis sprogs.
Tiesa: Tai netiesa. Nors objekto praėjimas per garso barjerą gali sukelti garsinį bumą, tai nereiškia, kad objektas sprogs. Objekto konstrukcija sukurta taip, kad atlaikytų šio proceso metu susidarančias jėgas.
Mitas: Garso barjeras yra fizinė siena.
Tiesa: Garso barjeras nėra tvirtas fizinis barjeras. Tai terminas, apibūdinantis greitį, kuriuo garso bangos kaupiasi ir sukuria smūgio bangą. Tai reiškinys, susijęs su garso sklidimu konkrečioje terpėje.
Mitas: Skrisdami viršgarsiniai lėktuvai visada pramuša garso barjerą.
Tiesa: Viršgarsiniam orlaiviui nebūtina nuolat laužyti garso barjerą. Priklausomai nuo sąlygų ir skrydžio tikslų, viršgarsiniai orlaiviai gali skristi ir mažesniu, ir didesniu garso greičiu. Tik tada, kai jie viršija garso greitį, sukuriamas garsinis bumas.
Mito: Garso bumas yra pavojingas žmonėms ant žemės.
Tiesa: Pats garsinis bumas nėra pavojingas. Tačiau tai gali erzinti ir trikdyti žmones ant žemės. Staigus stiprus triukšmas gali sukelti nepatogumų ir trikdžių gyvenamosiose ir miesto zonose, todėl viršgarsiniams skrydžiams šalia apgyvendintų vietovių buvo įvestos taisyklės ir apribojimai.
Mito: garso barjerą gali pralaužti tik lėktuvai.
Tiesa: Nors lėktuvai yra dažniausia susisiekimo priemonė, susijusi su garso barjeru, ją įveikti gali ne tik jie. Kitos transporto priemonės, tokios kaip raketos, raketos ir sviediniai, taip pat gali pralaužti garso barjerą, kai pasiekia viršgarsinį greitį.
Tikiuosi, kad naudodamiesi šia informacija galėsite daugiau sužinoti apie garso barjerą ir jo charakteristikas.