اخبار

حس یک دیوار نامرئی

شکستن دیوار صوتی
نوشته شده توسط حمیدرضا گودرزی

همه ما اصطلاح دیوار صوتی و شکستن دیوار صوتی را شنیده ایم و مفهوم آن را که همان افزایش سرعت یک جسم به میزانی بیش از سرعت صوت است، می دانیم. اما آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چرا به این نقطه، دیوار صوتی و به این عمل شکستن دیوار صوتی می گویند؟
به نظر می رسد این اصطلاح از حسی که در هنگام اتفاق افتادن این عمل به هر فردی منتقل می شود نشات گرفته شده باشد. زمانی که سرعت یک جنگنده در حال عبور از مقابل شما، از سرعت صوت بیشتر می شود و به اصطلاح دیوار صوتی را می شکند، شما صدایی شبیه به صدای یک انفجار را می شنوید و هاله ای سفید رنگ و مخروطی شکل را در اطراف جنگنده مشاهده می کنید، که واقعا این حس را شما منتقل می کند که انگار جنگنده از یک سد یا دیوار نامرئی عبور کرده و آن را شکسته است. (در ویدئو زیر می توانید لحظه شکستن دیوار صوتی را مشاهده کنید.)

همه ی این ها را اضافه کنید به این مسئله که با نزدیک شدن به سرعت صوت عوامل مقابل کننده با افزایش سرعت شدیدتر می شود و حس رویارویی با یک سد یا غشا نامرئی را تکمیل می کند. در این نوشتار سعی داریم تا مروری بر اتفاقاتی که در زمان شکستن دیوار صوتی رخ می دهد، داشته باشیم.
از آنجا که سرعت انتشار امواج صوتی محدود است، منبع صدایی که در حال حرکت است این امکان را دارد که به صدای تولیدی خود برسد. در سطح دریا و شرایط استاندارد اتمسفر (فشار ۳/۱۰۱ پاسکال) و دمای ۲۲ درجه سلسیوس، صوت با سرعت ۳۴۵ متر بر ثانیه یا ۱۲۴۲ کیلومتر بر ساعت منتشر می شود. همچنین شرایط محیطی بر روی سرعت انتشار صوت بسیار تاثیر گذار است. به عنوان مثال با کاهش دمای هوا سرعت انتشار صوت کاهش می یابد. بنابراین برای ارتفاع پروازی یک هواپیما (ارتفاع۱۰٫۰۰۰ متری) که دمای هوای اطراف به -۵۴ درجه می رسد سرعت صوت به ۲۹۵ متر بر ثانیه یا ۱۰۶۲ کیلومتر بر ساعت کاهش می یابد.
با افزایش سرعت جسم و نزدیک شدن سرعت آن به سرعت سونیک (سرعت محلی امواج صوتی)، امواج صوتی در جلوی جسم شروع به انباشته شدن می کنند. اگر جسم دارای شتاب کافی باشد، می تواند از سد امواج صوتی عبور نماید و از صوت منتشر شده سبقت بگیرد. با نزدیک شدن سرعت جسم به سرعت صوت، موج ها صوتی تولید شده در جلوی جسم به تدریج در جلوی جسم فشرده شده و چون نمی توانند از یکدیگر عبور کنند در لحظه ای که سرعت جسم به سرعت صوت می رسد این امواج به هم می پیوندند و تبدیل به یک موج شوک (موجی که از تغییر شدید در فشار هوا در فاصله ای بسیار کوتاه، ایجاد می شود. این موج در اثر انفجار نیز ایجاد می شود که به موج انفجار معروف است) می شوند. این موج به شکل صدای یک انفجار شنیده می شود که به آن انفجار صوتی (Boom Sound) می گویند.
پدیده دیگری که در زمان شکسته شدن دیوار صوتی دیده می شود ایجاد ابری سفید مخروطی شکل حول بدنه و بال هواپیما است. در مورد این پدیده می توان گفت در سرعت های نزدیک سرعت صوت، امواج صوتی ساطع شونده از جسم فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و در جلوی بال متراکم می‌شوند. در مناطقی از بدنه هواپیما که سطوح ناموزونی نسبت به جهت حرکت هواپیما وجود دارد، سرعت گذر هوا افزایش یافته و بر اساس اصل برنولی، با افزایش سرعت سیال، فشار آن کاهش می‌یابد. در چنین سرعتهایی، هوای اطراف این سطوح به سرعت صوت می‌رسد، گرچه هواپیما هنوز به سرعت صوت نرسیده باشد. در نتیجه رسیدن بعضی سطوح به سرعت صوت، امواج ضربه‌ای تولید شده و درگ یا پسای فراوانی را قبل از رسیدن به سرعت صوت تولید می‌کنند، که همین مسأله گذر از دیوار صوتی را مشکل می‌نماید. همچنین مقطع بال های هواپیما برای تولید نیروی بالا برنده بر روی سطح خود یک منطقه کم فشار نسبت به محیط ایجاد می نماید. همه این مسائل باعث اغتشاشات شدید در فشار هوا و ایجاد مناطق کم فشار در اطراف بدنه هواپیما در سرعت های نزدیک سرعت صوت، می شود. بر اساس قانون گاز ایده ال با کاهش فشار دمای هوا نیز کاهش می یابد. این کاهش دما تا زیر نقطه شبنم (نقطه شبنم دمایی است که آب موجود در هوا در فشار ثابت بارومتریک، تقطیر می‌شود) باعث تقطیر بخار آب موجود در هوا و تشکیل ابر در اطراف بدنه می شود. همچنین باید گفت که به دلیل اینکه مرز این ناحیه کم فشار با فشار محیط، موج شوک تولید شده توسط هواپیماست، این ابر به شکل مخروطی در اطراف هواپیما شکل می گیرد.
می شود حدس زد که اولین تجربه شکستن دیوار صوتی چه حس خاص و تجربه عجیبی برای کسانی که در آن لحظه حضور داشته اند، بوده است و چه سوالات و ابهاماتی را در ذهن آن ها به وجود آورده است.

درباره نویسنده

حمیدرضا گودرزی

دیدگاه شما چیست