Σε ένα αεροπλάνο που έχει σπάσει το φράγμα του ήχου, είναι εντελώς αθόρυβο μέσα στην καμπίνα;

Οι πιλότοι και οι επιβάτες δεν μπορούν να ακούσουν την ηχητική έκρηξη που δημιουργείται από το δικό τους αεροπλάνο επειδή βρίσκονται στην κορυφή του κώνου Mach. Με απλά λόγια, κινούνται τόσο γρήγορα που η ηχητική έκρηξη δεν έχει την ευκαιρία να τους φτάσει.

Όταν οι αδερφοί Ράιτ πραγματοποίησαν την πρώτη τους επιτυχημένη πτήση με την πρώτη ιπτάμενη μηχανή στον κόσμο, όλοι έμειναν έκπληκτοι από την ιδέα ότι οι άνθρωποι μπορούσαν πραγματικά να οδηγούν στον αέρα! Καθώς η τεχνολογία βελτιωνόταν, τα αεροπλάνα έγιναν πολύ πιο εξελιγμένα, ασφαλέστερα και γεμάτα ανέσεις. Και ναι, περιττό να πω ότι έγιναν πολύ πιο γρήγορα!

Η τεχνολογία των αεροπλάνων έχει προχωρήσει πολύ από τότε που κατασκευάστηκε η πρώτη ιπτάμενη μηχανή (Πιστωτική φωτογραφία :Κεντρική Διοίκηση Αεροπορίας των ΗΠΑ &Wikipedia).

Αυτές τις μέρες, έχουμε υπερηχητικά αεριωθούμενα - αεροπλάνα που μπορούν να ταξιδέψουν πιο γρήγορα από την ίδια την ταχύτητα του ήχου! Τώρα, μπορεί να γνωρίζετε ήδη ότι όταν ένα αεροπλάνο, ή στην πραγματικότητα οτιδήποτε, ταξιδεύει ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου (δηλαδή, σπάει το φράγμα του ήχου), ακούγεται ένα δυνατό μπουμ, το οποίο είναι κοινώς γνωστό ως ηχητικό μπουμ. Μπορεί να έχετε ακούσει αυτή την ιδιαίτερα δυνατή, μερικές φορές ακόμη και οδυνηρή έκρηξη όταν πετάει ένα στρατιωτικό αεροσκάφος.

Όλοι στο έδαφος μπορούν να το ακούσουν, αλλά τι γίνεται με τους ανθρώπους μέσα στο αεροπλάνο; Πώς είναι για αυτούς όταν το αεροπλάνο που ταξιδεύουν σπάει μέσα από το φράγμα του ήχου; Παρατηρούν διαφορά στο περιβάλλον της καμπίνας; Και αφού ουσιαστικά ταξιδεύουν πιο γρήγορα από τον ίδιο τον ήχο, η καμπίνα ξαφνικά σωπαίνει; Τι γίνεται με τους πιλότους και την κατάσταση μέσα στο πιλοτήριο;

Οι πιλότοι ενός υπερηχητικού τζετ ακούνε το ο ήχος των κινητήρων όταν σπάει το φράγμα του ήχου;

Σύντομη απάντηση: Ναι, οι πιλότοι ενός υπερηχητικού τζετ μπορούν ακόμα να ακούσουν το βουητό των κινητήρων όταν το αεροπλάνο τους σπάσει το φράγμα του ήχου, εάν ο ήχος μεταδίδεται μέσω του αέρα μέσα στο αεροπλάνο (ωστόσο, δεν μπορούν να ακούσουν τους ήχους που προέρχονται από το εξωτερικό). Ομοίως, οι επιβάτες μπορούν επίσης να ακούσουν ήχους μέσα στην καμπίνα, καθώς ο αέρας γύρω τους (καθώς και οι πιλότοι) είναι ακίνητος σε σχέση με το αεροπλάνο.

Ένα υπερηχητικό αεροπλάνο που σπάει το φράγμα του ήχου (Photo Credit :Pixabay)

Από τον ήχο μέσα το αεροπλάνο ταξιδεύει μέσω του εσωτερικού αέρα (ο οποίος κινείται τόσο γρήγορα όσο και το ίδιο το αεροπλάνο), δεν θα υπάρχουν προβλήματα στην ακρόαση των ήχων μέσα στην καμπίνα, ανεξάρτητα από το αν έχει σπάσει ή όχι το ηχητικό φράγμα.

Πώς λειτουργεί ένα sonic boom;

Μπορεί να θυμάστε από το μάθημα της Φυσικής του γυμνασίου σας ότι μια ηχητική έκρηξη συμβαίνει όταν κάτι ταξιδεύει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου. Σημειώστε ότι η ταχύτητα του ήχου ποικίλλει ανάλογα με το μέσο που ταξιδεύει, αλλά επειδή τα πράγματα που ταξιδεύουν στη Γη περιβάλλονται από αέρα ανά πάσα στιγμή, θα εξετάσουμε την ταχύτητα του ήχου στον αέρα, η οποία συμβαίνει να είναι 767 mph (ή 1234 km/ η).

Τα κύματα στο μπροστινό μέρος του αντικειμένου πλησιάζουν όλο και περισσότερο καθώς επιταχύνεται.

Ένα αντικείμενο που κινείται γρήγορα, ας πούμε, ένα μαχητικό αεροσκάφος, παράγει ηχητικά κύματα προς όλες τις κατευθύνσεις. Καθώς η ταχύτητα του πίδακα αυξάνεται, τα ηχητικά κύματα μπροστά από το αεροπλάνο τείνουν να συσσωρεύονται, καθώς δεν έχουν αρκετό χρόνο για να ξεφύγουν από το δρόμο του αεροσκάφους. Μπορείτε να ανατρέξετε στο παραπάνω διάγραμμα για να το καταλάβετε καλύτερα.

Ωστόσο, όταν το αεροσκάφος πετάει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου (στον αέρα), τα ηχητικά κύματα, που δεν έχουν αρκετό χρόνο για να απλωθούν μπροστά από το αεροπλάνο, ακολουθούν πίσω από αυτό, σχηματίζοντας έναν «κώνο Mach».

Ο κώνος Mach που παράγεται από ένα αεροσκάφος που σπάει το φράγμα του ήχου.

Χάρη σε αυτόν τον κώνο Mach, ακούτε την έκρηξη που σπάει τα αυτιά καθώς ένα υπερηχητικό αεροπλάνο πετά από πάνω. Είναι αρκετά παρόμοιο με τον απόηχο που δημιουργεί ένα γρήγορο ατμόπλοιο στο νερό.

Πετώντας σε υπερηχητικό αεροσκάφος

Η ηχητική έκρηξη ενός αεροσκάφους υπερήχων ακούγεται από τους ανθρώπους στο έδαφος, αλλά τι γίνεται με τους ανθρώπους «μέσα» στο ίδιο το αεροσκάφος (ο πιλότος, το πλήρωμα και οι επιβάτες); Ακούνε και το sonic boom;

Οι πιλότοι μαχητικών δεν ακούν την ηχητική έκρηξη που δημιουργείται από το δικό τους αεροσκάφος. (Πίστωση εικόνας:Wikipedia)

Η σύντομη απάντηση είναι - όχι, δεν ακούνε την ηχητική έκρηξη. Οι πιλότοι και οι επιβάτες δεν μπορούν να ακούσουν την ηχητική έκρηξη που δημιουργείται από το δικό τους αεροπλάνο επειδή βρίσκονται στην κορυφή του κώνου Mach. Με απλά λόγια, κινούνται τόσο γρήγορα που η ηχητική έκρηξη δεν έχει την ευκαιρία να τους φτάσει.

Γίνεται σημαντικά πιο ήσυχο μέσα στο πιλοτήριο/καμπίνα όταν αεροπλάνο σπάει το φράγμα του ήχου;

Όχι πραγματικά.

Βλέπετε, ο ήχος είναι ένα μηχανικό κύμα, δηλαδή χρειάζεται ένα μέσο για να ταξιδέψει. Επίσης, ταξιδεύει με ταχύτητα που είναι «σχετική» με το μέσο στο οποίο ταξιδεύει.

Σκεφτείτε το εξής:ο ήχος ταξιδεύει με 343 m/s μέσω του ακίνητου αέρα σε έναν ακίνητο παρατηρητή. Ωστόσο, εάν ο αέρας κινείται με μια δεδομένη ταχύτητα, ας πούμε 100 m/s, τότε ο ίδιος παρατηρητής θα αντιληφθεί ότι ο ήχος ταξιδεύει με μεγαλύτερη ταχύτητα, δηλαδή 443 m/s (343+100).

Τώρα, ο εσωτερικός αέρας που περιβάλλει τους ανθρώπους σε ένα υπερηχητικό αεροπλάνο ταξιδεύει με την ίδια ταχύτητα με το ίδιο το αεροπλάνο. Δεδομένου ότι ο ήχος ταξιδεύει μέσω αυτού του αέρα στο αεροπλάνο, δεν υπάρχει καμία απολύτως αλλαγή στα επίπεδα ήχου μέσα στο αεροπλάνο.

Τα πράγματα δεν «ηρεμούν» ξαφνικά μέσα σε ένα αεροπλάνο όταν σπάσει το φράγμα του ήχου.

Για τον ίδιο λόγο, οι πιλότοι μπορούν να ακούσουν τη δική τους φωνή και τον ήχο των κινητήρων του υπερηχητικού αεροσκάφους με το οποίο πετούν (μόνο εάν ο ήχος μεταδίδεται μέσω του αέρα μέσα στο αεροπλάνο, καθώς οποιοσδήποτε εξωτερικός ήχος δεν μπορεί να φτάσει στο πιλοτήριο). Επιπλέον, ο θόρυβος που προκαλούν οι κινητήρες μπορεί επίσης να μεταδοθεί μέσω του αεροπλάνου (αλλά όχι του περιβάλλοντος αέρα) και να γίνει αισθητός από τον πιλότο ως ήπιες δονήσεις.