Kaj bi se zgodilo, če bi se gibali natanko s hitrostjo zvoka?


    Ko telo prebije zvočni zid se pojavi pok. Ali se pojavi pok tudi ob prehodu iz nadzvočne nazaj na podzvočno hitrost? Kaj bi se zgodilo, če bi se gibalo natanko s hitrostjo zvoka?

    Pravzaprav smo na prvo vprašanje odgovorili že v odgovoru o “preboju zvočnega zidu”. A si morda celotna stvar zasluži dodatno pozornost.

    Namesto, da bi si ogledali gibanje telesa v zraku si poglejmo ekvivalentno situacijo, ko telo miruje, obliva pa ga tok zraka. Naj bo telo, ki miruje kar zvočnik, ki v enakomernih presledkih oddaja zvočne pulze. Ti pulzi naj ponazarjajo zvok, ki ga oddaja zvok ob letu. Če bo zrak okoli zvočnika miroval, se bodo zvočni pulzi širili okoli zvočnika v koncentričnih krogih.

    Slika 1 Zvočnik v mirujočem zraku, ki oddaja zvočne pulze z enakomernim razmikom.

    Če se sedaj giblje okolišnji zrak glede na zvočnik, bodo krogi glede na zvočnik zamaknjeni. Veter bo odnašal zvok v smeri gibanja zraka (oz. če bi bil zrak pri miru in bi se gibalo letalo- letalo bi se glede na mesto, kjer je oddalo prejšnji zvočni signal, premaknilo).


    Slika 2 Zvočnik v vetrovniku. Smer gibanja zraka je nakzana s puščico.

    S tem, ko so krogi z ene strani (s tiste s katere piha veter oz v smeri pred konico letala, ki reže zrak) gostijo, smo le slikovno prikazali, da se bo v tej smeri energija zbrana v zvočnem valovanju gostila na manjšem prostoru. Če bi se opazovalec postavil natanko v smeri gibanja letala oz. v našem primeru pred zvočnik (in se gibal skupaj z zračnim tokom), bi slišal vedno hitrejše sosledje pulzov, če bi večali hitrost oblivajočega zraka (letala). Ko bi se hitrost gibanja zraka ujela s hitrosjo zvoka, bi se vsi pulzi zlili v enega. Dobili bi zelo veliko gostoto energije, posledično lokalno visok pritisk zraka oz. udarni val, ki bi ga slišali kot pok.


    Slika 3 Zvočnik v vetrovniku s htrostjo vetra enako hitrosti zvoka.

    Vendar pozor- tu ni bilo nikakršnih nenadnih preskokov do udarnega vala. Ko smo povečevali hitrost zračnega toka, se je gostota energije zvezno povečevala. Ko je hitrost enaka hitrosti zvoka je seveda ob konici letala (zvočnika) v naši sliki gostota energije neskončna, vendar pa to nikakor ni realen opis sveta, temveč le zelo poenostavljen model. V resnici moramo upoštevati, da zrak telo obliva, to je teče ob njegovi površini, tako da sprotno odnaša energijo s sprednjega dela telesa v druge zračne plasti. Do singularnosti (neskončne gostote energije) tako nikoli ne pride.

    Iz zgornjega primera pa se lahko naučimo, da se gibanje natanko s hitrostjo zvoka in tisto malo pod in malo nad hitrostjo zvoko ne razlikujejo bistveno. V obeh primerih imamo podobno situacijo- veliko gostoto energije pred konico letala, nikakor pa ne neskončne. Ko povečujemo hitrost telesa (vetra v vetrovniku) preko zvočne, se zvočna energija, ki bi jo zvočnik oddajal v smeri naprej širi v obliki (Machovega) stožca pod kotom

    Pok pa slišimo, ko prispe rob plašča (to je udarni val) do nas, opazovalcev na zemlji.


    Slika 4 Gibanje v z nadzvočno hitrostjo, narisan je Machov stožec.

    Če bi se torej letalo gibalo natanko s hitrostjo zvoka, se ne bi zgodilo nič drastičnega. Machov stožec v tem primeru ne bi bil stožec pač pa ravnina. Letalo bi zaslišali tedaj, ko bi letelo tik nad nami in ga ne bi slišali pred tem, seveda pa bi ravno tako slišali pok zaradi nenadnega zvečanja pritiska. Le ta pa ne bi bil tako močan kot v primeru letanja krepko nad hitrostjo zvoka.

    Prav tako je jasno, da ne bomo imeli “preboja zvočnega zidu” ob prehodu iz nadzvočne hitrosti k podzvočni, kot ga tudi nimamo ob večanju hitrosti. Pri letenju z nadzvočno hitrostjo bomo le imeli Machov stožec za letalom in s tem pok, ko ta doseže zemljo, pri gibanju s podzvočno hitrostjo tega stožca ni, imamo pa kljub vsemu zgostitev energije v manjšem volumnu zraka in s tem velik trušč, ki ga oddaja tako letalo.

    (Jure Zupan)

    PUSTITE KOMENTAR

    Vpiši svoj komentar!
    Prosimo vpišite svoje ime

    This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.