Φράγμα Ήχου

Το 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.

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.

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.