Zakaj slišimo pok ko letalo prebije zvočni zid?

    Termina zvočni zid in preboj zvočnega zidu sta pravzaprav zelo zavajujoča, saj gre tu le za psihološko bariero, ki jo je hitrost zvoka predstavljala v začetkih supersoničnega letenja. Ko so skušali doseči in preseči hitrost zvoka, so se namreč konstruktorji letal bali, da bodo morda sile na letalo narastle do tolikšne mere, da bi le to dobesedno razpadlo na kosce. Ko je leta 1947 Chuck Yeager prvič “prebil zvočni zid”, to je potoval hitreje od zvoka, je ta preboj minil zanj povsem brez posebnosti. Da je letel hitreje od zvoka, je lahko razbral le z instrumentov. Res pa je, da bodo ljudje na zemlji ob preletu letala, ki leti z nadzvočno hitrostjo slišali pok. Pok je posledica prenakopičenja zvočne energije v plašču t.i. Machovega stožca, ki se ustvari za gibajočim se telesom, in tako nenadnega dviga pritiska, ko opazovalca doseže rob plašča.

    Pojasnilo: Vsako gibajoče se telo oddaja energijo v obliki zvoka (to je zvočnega valovanja, oziroma hitrega nihanja zgoščenin in razredčin v plinu, čez čas povprečena smer hitrosti molekul v zraku je ob tem enaka nič) ter kolektivnega gibanja molekul (piš, ki ga ustvari gibajoče telo, turbulentni vrtinec, ki ga pušča za seboj in podobno). Pri nizkih hitrostih v primerjavi z hitrostjo zvoka v zraku, ki je kot vemo pri sobni temperaturi in normalnem tlaku okoli 340 m/s, se energija, ki jo prejme zrak okoli gibajočega se telesa brez problemov prenese v okolico. Primer: Slišimo piš vetra, ko se avto pelje mimo nas, ali ko sedimo v vozečem se avtu.

    Pri hitrostih telesa, ki se približujejo hitrosti zvoka v zraku, se sproščena energija ne more dovolj hitro odvajati v okolico pred telesom. Ko se hitrost telesa (letala) izenači z hitrostjo zvoka, se motnja, ki jo predstavlja gibanje telesa v mediju, ne more širiti hitreje kot samo telo. Na mikroskopskem nivoju smo se s tem, ko smo se približali hitrosti zvoka približali povprečni hitrosti molekul v plinu. Ker se motnja prenaša prek trkov med molekuli, se torej ta ne more prenašati hitreje kot je povprečno gibanje molekul. Če se bo telo gibalo hitreje, bo prehitevalo to povprečno gibanje molekul, motnja v obliki stožca pa se bo širila za telesom (to je tako imenovani Machov stožec).

    Gibanje letala s hitrostjo večjo od zvoka je torej posebno le v naslednjem. Motnja, ki jo ustvarjajo konica letala in krila, ko režejo zrak, se ne more širiti pred letalo. Opazovalec na zemlji tako ne bo slišal približujočega se letala, pač pa ga bo zaznal šele, ko ga bo dosegel Machov stožec. Da bomo imeli tu opravka z udarnim valom si lahko pojasnimo še s sledečim razmislekom. Če bi se letalo gibalo počasneje od zvoka, bi se motnja (zgoščenina zraka pred konico letala) širila hitreje kot letalo in bi se energija, ki jo letalo odda zraku razporedilo na večji volumen (zvok letala se bo pač širil na vse smeri, tudi naprej). Ko se letalo giblje hitreje od zvoka, pa je vsa energija, ki bi se širila kot zvok pred letalom zbrana v ozkem plašču Machovega stožca. Veliko energije na majhnem prostou pomeni velik lokalni pritisk v zraku, ta motnja pa se seveda v obliki stožca kot udarni val širi navzven od izvora- v našem primeru je to letalo.

    Zgodi se tudi, da slišimo, ko nas doseže udarni val, dva poka in ne le enega. Drugi pok je posledica udarnega vala, ki ga sproži rep letala. Navadno pa se oba udarna valova zvrstita tako hitro drug za drugim, da ju z ušesom ne ločimo.

    Udarni val je za prebivalce na tleh nevaren, ker se v majhnem časovnem intervalu skokovito poveča tlak oz sprosti energija, ki je zbrana v udarnem valu. S povečevanjem obsega stožca se seveda manjša gostota energija, saj se le ta prerazporedi po večjem obsegu. Prav tako se tudi širi od plašča stožca navzven in navznoter. V primeru prenizkega leta, ko je stožec še kratek, plašč doseže zemljo s preveliko gostoto energije zbrane v udarnem valu. To lahko povzroči razne poškodbe zgradb (počene okenske šipe), ali pa poškoduje sluh (priporočljivo je imeti odprta usta, da se na obeh straneh membrane bobniča pritisk sočasno poveča).

    Nazorna je še sledeča skica:

    Nekaj več si lahko prebereš še v podobnem vprašanju o gibanju natanko s hitrostjo zvoka.

    (Boštjan Bezenšek in 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.