بیش از چند سال است که مردم به واقعیت داشتن دیوار صوتی با عنوان سدی فیزیکی پی برده‌اند. این سد گرچه واقعی بوده، ولی به نوعی نامرئی است. تا پیش از سال ۱۹۴۷ میلادی، این باور وجود داشت که چنانچه هواپیما با سرعتی بیشتر از سرعت صوت حرکت کند و یا به بیانی دیوار صوتی را بشکند، نابود خواهد شد. در نهایت خلبانی با نام «چاک ییگر» (Chuck Yeager) در روز ۱۴ اکتبر سال ۱۹۴۷ میلادی، معادل ۲۱ مهرماه سال ۱۳۲۶ شمسی، در یک پرواز استثنایی دیوار صوتی را شکست و سالم فرود آمد. در این مطلب در خصوص دیوار صوتی چیست و چگونه شکسته میشود، به زبانی ساده پاسخ خواهیم داد. با ما همراه باشید.
دیوار صوتی چیست؟
زمانی که سرعت یک جسم به سرعت صوت نزدیک میگردد، منجر به افزایش ناگهانی کشش آیرودینامیکی خواهد شد. این افزایش را دیوار صوتی می‌نامند. نکته مهمی که در خصوص دیوار صوتی چیست وجود دارد این است که دیوار صوتی یک دیوار واقعی یا جامد نیست. انتخاب این عنوان صرفا به منظور داشتن درک بهتری از آن است.
دیوار صوتی چگونه ایجاد میشود؟
یک هواپیما را تصور کنید که سرعت حرکت آن کمتر از سرعت صوت است. هوا به عنوان یک سیال بدون تلاطم در محیط پیرامون هواپیما وجود دارد. به عبارتی بهتر، جریان هوا در اطراف بال‌های هواپیما بدون تلاطم و یا با کمترین میزان تلاطم در حرکت است. این نکته را در نظر داشته باشید که نمی‌توان به هیچ جسمی به طور ناگهانی و بدون مقدمه شتاب وارد کرد. هر اندازه میزان شتاب جسمی بزرگ‌تر باشد، نیروی به وجود آورنده آن شتاب هم بزرگ‌تر خواهد بود. بر همین اساس، بدین خاطر که جسمی به طور آنی شتاب بگیرد، لازم است نیروی وارد آمده بر آن بی‌نهایت باشد.
در خصوص اینکه دیوار صوتی چیست و چگونه ایجاد میشود لازم است بدانید که هنگامی که هواپیما به حرکت در می‌آید، نیرویی با عنوان نیروی درگ مخالف با جهت حرکت هواپیما و از سمت مولکول‌های هوا بر آن وارد میگردد. بنابراین، برای اینکه اندازه نیروی درگ وارد آمده بر بال هواپیما کوچک باشد، باید مولکول‌های هوا به آرامی از مسیر حرکت آن کنار بروند. مولکول‌های هوا پیش از نزدیک شدن به بال‌های هواپیما، شروع به حرکت می‌کنند. لازم به ذکر است که لایه‌های هوا پیش از نزدیک شدن به بال‌ها از هم جدا می‌شوند. به این حالت، شتاب گرفتن آهسته و به مرور زمان گفته میشود.
شاید به این مطلب نیز علاقمند باشید: کمپرسور صدا چیست؟
هر اندازه سرعت حرکت هواپیما به سرعت صوت نزدیک‌تر میشود، مولکول‌های هوای کمتری از مسیر حرکت بال‌ها کنار می‌رود. گفته شد فشار موجی، با سرعت صوت انتقال می‌یابد. زمانی که سرعت حرکت هواپیما برابر با سرعت صوت و یا بیشتر باشد، هوا قادر به کنار رفتن از مسیر حرکت هواپیما نخواهد بود. چرا که فشار موجی نمی‌تواند سریع‌تر از سرعت صوت منتقل گردد. در این شرایط، دیوار صوتی ایجاد میگردد.
دیوار صوتی چگونه شکسته میشود؟
سرعت همواره موضوع جذابی برای بشر بوده و همیشه روش‌های متعددی را جهت افزایش سرعت وسایل گوناگونی اعم از خودرو و هواپیما امتحان کرده است. از جمله بزرگ‌ترین دستاوردهای بشر در سال ۱۹۴۷ شکستن دیوار صوتی میلادی بود. در ادامه موضوع دیوار صوتی چیست جالب است بدانید که بعد از آنکه نخستین هواپیما در آسمان به پرواز درآمد، خلبان‌ها در پی افزایش هر چه بیشتر سرعت هواپیماها بودند. ولی هر اندازه سرعت هواپیما بیشتر شود، حرکت هواپیما نامنظم‌تر و در نتیجه نیروی وارده بر آن بیشتر خواهد بود. پس افزایش سرعت هواپیما به سرعتی بیش از حد مشخص، بسیار خطرناک و با ریسک بسیار زیادی همراه بود.
خلبانان بر آن بودند تا با فرود و شیرجه‌های خطرناک در سرعت‌های بسیار زیاد بر این مشکل غلبه کنند. ولی نتایج حاصل شده به شدت جبران‌ناپذیر بودند. سرانجام طراحان هواپیما در سال ۱۹۴۷ میلادی، بخشی با عنوان تثبیت‌کننده افقی متحرک را به هواپیما اضافه کردند و رویای افزایش سرعت هواپیما به سرعتی برابر با سرعت صوت را به واقعیت تبدیل کردند. در ۱۷ اکتبر همان سال، چاک ییگر خلبان نیروی هوایی آمریکا موفق شد برای نخستین بار با هواپیمای x-1 ، دیوار صوتی را بشکند. پس از آن به کمک طراحی‌های پیشرفته‌تر، سرعت هواپیماهای فراصوت حتی به بیش از ۳ برابر سرعت صوت رسید.
شاید به این مطلب نیز علاقمند باشید: ترانس مچینگ چیست؟
حال که با تعریف دیوار صوتی بیشتر آشنا گشتید، جالب است بدانید سرعتی که در آن دیوار صوتی شکسته میشود بسته به عوامل متعددی همچون آب‌وهوا و ارتفاع از سطح زمین است. در شرایط کلی، مقدار این سرعت به طور تقریبی ۱۲۳۹ کیلومتر بر ساعت است. موقعی که هواپیما با سرعتی بیشتر از سرعت صوت حرکت کند، موج ضربه‌ای همراه با صدای مهیبی ایجاد می‌کند که به آن «ترکش هوایی» یا «انفجار صوتی» (Sonic boom) می‌گویند.
چه اتفاقی هنگام شکسته شدن دیوار صوتی رخ می‌‌دهد؟
در ادامه موضوع دیوار صوتی چیست باید بگوییم که هواپیما موقع پرواز صدا دارد. زمانی که نزدیک پنجره اتاق خود مشغول کارهای خود هستید، ناگهان صدای مهیبی در آسمان به گوشتان می‌رسد. به پنجره نزدیک می‌شوید و نگاهی به آسمان می‌اندازید. بله، درست حدس زدید، صدایی که به گوشتان رسیده از هواپیما است. صدای هواپیما پیش از رسیدنش به محلی که شما در آن هستید، به گوشتان رسیده است. این حالت زمانی اتفاق می‌افتد که سرعت حرکت هواپیما کمتر از سرعت صوت است.
چنانچه سرعت هواپیما افزایش یابد و به سرعت صوت نزدیک شود، اندکی دیرتر متوجه عبور هواپیما خواهید شد. به عبارتی بهتر، زمانی متوجه عبور هواپیما خواهید شد که در فاصله نزدیک‌تری با شما نسبت به حالت قبل قرار داشته باشد. هر اندازه هواپیما سرعت نزدیک‌تری به سرعت صوت داشته باشد، فاصله آن تا امواج صوتی کمتر خواهد بود. بدین منظور که درک بیشتری از انفجار صوتی و پاسخ سوال دیوار صوتی چیست داشته باشیم، لازم است بدانیم که هوا، سیال است. قایق موقع حرکت بر آب، موجب ایجاد امواجی در سطح آن میشود. این امواج در قسمت جلویی قایق و به طرف جلو منتشر می‌گردند.
حالت مشابهی موقع حرکت هواپیما در آسمان اتفاق می‌افتد. زمانی که هواپیما در آسمان حرکت می‌کند، امواج کروی شکلی پدیدار میگردد. چنانچه هواپیما از سرعت صوت سریع‌تر حرکت کند، صدای آن شنیده نمی‌شود، تا زمانی که دقیقا از بالای سر ما در آسمان عبور کند. زیرا سرعت حرکت هواپیما از سرعت صوت سریع‌تر بوده است. یعنی اینکه سرعت حرکت هواپیما از امواج صوتی که ایجاد می‌کند، سریع‌تر است. در این شرایط، فشار میان قسمت جلویی و انتهایی هواپیما به صورت ناگهانی تغییر می‌کند.
عوامل موثر بر انفجار صوتی | دیوار صوتی چیست
سوالی که امکان دارد پیش آید این است که اندازه و فاصله انفجار صوتی بسته به چه عواملی است. از جمله فاکتورهای موثر بر شدت انفجار صوتی می‌توان به وزن، اندازه و شکل هواپیما اشاره داشت. علاوه بر این سرعت هواپیما، ارتفاع و مسیر پرواز آن هم بر شکل مخروط ماخ تاثیرگذار هستند. در مورد دیوار صوتی چیست باید این نکته را بدانید که یک هواپیمای سنگین و بزرگ نسبت به یک هواپیمای کوچک و سبک هوای بیشتری را جابه‌جا می‌کند.
از این رو، انفجار هواپیمای بزرگ‌تر هم بسیار قوی‌تر و بلندتر خواهد بود. به عبارتی بهتر هر اندازه میزان هوای جابه‌جا شده بیشتر باشد، انفجار صوتی هم بزرگ‌تر و قوی‌تر خواهد بود. جالب است بدانید که هر اندازه هواپیما در ارتفاع بلندتری قرار داشته باشد، مساحت مخروط ماخ بیشتر است. چرا که، موج ضربه‌ای جهت رسیدن به سطح زمین بایستی مسافت بیشتری را سپری کند.
چنانچه نیاز به خرید میکروفن و دیگر تجهیزات صوتی دارید، حتما به صفحه تجهیزات صوتی در سایت زیکو مراجعه فرمایید.
بدون دیدگاه