Απαιτείται κάποια επιπλέον δύναμη για να διαρρεύσει το φράγμα του ήχου;
Ναι, είναι δύσκολο να περάσεις το φράγμα του ήχου, αλλά με έναν αρκετά δυνατό κινητήρα που τροφοδοτεί την πτήση και με αρκετά ανθεκτικά υλικά, είναι απολύτως φυσιολογικό να σπάσεις το φράγμα του ήχου. Οι άνθρωποι σπάνε τακτικά το φράγμα του ήχου σε διάφορα αεροσκάφη από τα τέλη της δεκαετίας του 1940.
Όταν σας λένε ότι υπάρχει ένα φράγμα που εμποδίζει το μονοπάτι σας, κάποιος φυσικά υποθέτει ότι υπάρχει κάποιο είδος σωματικής παρεμπόδισης που καθιστά αδύνατη ή πιο δύσκολη τη διέλευση. Εάν είστε λάτρης της αεροναυπηγικής ή έχετε την ανάγκη για ταχύτητα, τότε πιθανότατα έχετε συναντήσει τη φράση «ηχητικό φράγμα». Βασικά, το φράγμα του ήχου είναι η ταχύτητα του ήχου, επομένως κάθε αντικείμενο ή άτομο που πηγαίνει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου έχει ουσιαστικά «περάσει» το ηχητικό φράγμα.
Αυτές φαίνονται μάλλον αφηρημένες διακρίσεις, οπότε ας πάμε σε συγκεκριμένες λεπτομέρειες. Τι είναι το φράγμα ήχου και πώς το σπάει κανείς; Πιο συγκεκριμένα, χρειάζεται κάποια πρόσθετη δύναμη ή προσπάθεια για να διασταυρωθεί;
Τι είναι το Sound Barrier;
Το ηχητικό φράγμα είναι η κοινή ονομασία για την αυξανόμενη ποσότητα οπισθέλκουσας που αντιμετωπίζει οποιοδήποτε αντικείμενο ή αεροσκάφος καθώς πλησιάζει την ταχύτητα του ήχου. Η ταχύτητα του ήχου, πιο συγκεκριμένα, είναι ο μέγιστος ρυθμός με τον οποίο οι δονήσεις μπορούν να κινηθούν στον αέρα ως ήχος. Καθώς ένα αντικείμενο κινείται στον αέρα, παράγει ηχητικά κύματα, τα οποία θα διαδοθούν προς κάθε κατεύθυνση, ακόμη και μπροστά από το αεροπλάνο. Όσο πιο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο, τόσο πιο κοντά είναι στην ταχύτητα του ήχου, άρα ουσιαστικά «προσεγγίζει» τον θόρυβο που παράγει! Το «φράγμα» του ήχου αναφέρεται στο υψηλότερο επίπεδο οπισθέλκουσας και τριβής που υπάρχει σε τόσο μεγάλες ταχύτητες, που μπορεί να ξεπεραστεί, αλλά χρειάζεται μεγάλη προσπάθεια!
Είναι πιο εύκολο να φανταστεί κανείς αυτό το φαινόμενο με την έννοια του κάτι πιο απτό, όπως τα κύματα που σχηματίζονται σε μια λίμνη όταν ένα αντικείμενο κινείται μέσα από αυτήν. Εάν ρίξετε ένα βράχο, θα δημιουργήσει κύματα που κινούνται προς τα έξω σε ομόκεντρους κύκλους. Ωστόσο, εάν ταξιδεύετε με ένα σκάφος, θα παρατηρήσετε ότι το σκάφος θα δημιουργήσει κύματα που διαδίδονται μπροστά από την κατεύθυνση της κίνησής του, δηλαδή μπροστά από το σκάφος. Ομοίως, όταν ένα αεροσκάφος ή οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο πετάει στον αέρα, τα ηχητικά κύματα μπροστά από το αεροπλάνο απομακρύνονται, σχηματίζοντας σφιχτά «κύματα» μπροστά από το αντικείμενο.
Τώρα, όταν αυξάνεται η ταχύτητα σε αυτές τις καταστάσεις, συμβαίνει κάτι πολύ διαφορετικό. Όταν ένα ταχύπλοο διασχίζει μια ήρεμη λίμνη, το νερό μπροστά από το σκάφος δεν μπορεί να ξεφύγει εγκαίρως, επομένως τα κύματα δεν μπορούν να διαδοθούν. Αντίθετα, συνδυάζονται και η ενέργεια εκδηλώνεται ως ένα μεγάλο ξύπνημα που μένει πίσω από το σκάφος αφού περάσει. Μεταφράστε αυτή την κατάσταση στον αέρα. όταν ένα αεροπλάνο υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου (γενικά περίπου 700 mph, ανάλογα με το υψόμετρο, τη θερμοκρασία, την ατμοσφαιρική πίεση, κ.λπ.), αυτό το συσφικτικό τοίχωμα των ηχητικών κυμάτων (που ονομάζεται «τοίχος ανέμου») αφήνεται πίσω από το κινούμενο αντικείμενο, όπως ίχνη. Ακριβώς όπως η αφύπνιση πίσω από ένα σκάφος είναι συχνά πιο ισχυρή από τα μικρά μεμονωμένα κύματα που το συνθέτουν, έτσι και τα ηχητικά κύματα που αφήνονται πίσω από ένα αεροπλάνο έχουν τη μορφή "ηχητικής έκρηξης".
Είναι δύσκολο να περάσεις το φράγμα του ήχου;
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο όρος "φράγμα" είναι λίγο λανθασμένος όταν συζητάμε την ταχύτητα του ήχου, αλλά η υπέρβαση αυτού του φραγμού μπορεί να είναι αρκετά δύσκολη. Στο παρελθόν, μάλιστα, πίστευαν ότι η ταχύτητα του ήχου ήταν το απόλυτο τελικό σημείο της ανθρώπινης πτήσης. Σε προηγούμενα μοντέλα αεροπλάνων, οι ακραίες αλλαγές πίεσης σε υψηλές ταχύτητες και η αξιοσημείωτη δύναμη του κινούμενου αέρα θα οδηγούσε σε ατυχήματα, απώλεια ελέγχου πτήσης ή ακόμα και φυσική καταστροφή του αεροσκάφους. Βασικά, αν πετούσατε αρκετά γρήγορα, το αεροπλάνο σας θα άρχιζε να σκίζεται.
Αεροσκάφη F/A-18 των ΗΠΑ περνούν το ηχητικό φράγμα. (Φωτογραφίες:Shutterstock)
Ωστόσο, με την εμφάνιση πιο ανθεκτικών οικοδομικών υλικών και μια πιο ακριβή γνώση της αεροναυπηγικής μηχανικής και της δυναμικής των ρευστών, κατέστη δυνατή η δημιουργία ενός πιο ανθεκτικού αεροσκάφους που θα μπορούσε να υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου και έτσι γεννήθηκε η γοητεία της ανθρωπότητας με τις ηχητικές εκρήξεις. Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι οι άνθρωποι άκουγαν μικροσκοπικές ηχητικές εκρήξεις για αιώνες. η ρωγμή ενός μαστιγίου προέρχεται από την άκρη που κινείται στην πραγματικότητα πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου, με αποτέλεσμα μια μικρή ηχητική «έκρηξη» που ακούμε ως ένα τρομακτικό «κρακ!»
Σε συγκεκριμένη απάντηση στην ερώτηση, ναι, είναι δύσκολο να περάσεις το φράγμα του ήχου, αλλά με αρκετά ισχυρή ισχύ κινητήρα η πτήση, και αρκετά ανθεκτικά υλικά, είναι φυσιολογικό να σπάσει το φράγμα του ήχου. Οι άνθρωποι σπάνε τακτικά το φράγμα του ήχου σε διάφορα αεροσκάφη από τα τέλη της δεκαετίας του 1940. Ακόμα κι έτσι, το να ακούτε μια ηχητική έκρηξη να ηχεί στην πόλη σας όταν ένα αεροσκάφος της Πολεμικής Αεροπορίας ξεπερνάει μπορεί να είναι σοκ!
Τι συμβαίνει όταν υπερβείτε την ταχύτητα του ήχου;
Όταν ένας πιλότος ξεπερνά την ταχύτητα του ήχου, σημαίνει κυριολεκτικά ότι το αεροπλάνο κινείται πολύ γρήγορα για να ακούσει τον θόρυβο που κάνει! Παρά την ηχητική έκρηξη που δημιουργείται από το αεροπλάνο—η οποία μπορεί να ακούγεται σαν τραγική έκρηξη!—η μετάβαση από την υποηχητική στην υπερηχητική ταχύτητα μπορεί στην πραγματικότητα να είναι αρκετά ομαλή για ένα αεροσκάφος.
Ωστόσο, όταν περνάτε αυτό το φράγμα, η πίεση του αέρα και η δυναμική των υγρών λειτουργούν ελαφρώς διαφορετικά. το κέντρο πίεσης θα μετατοπιστεί προς τα πίσω, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε απώλεια ελέγχου εάν δεν παραμείνει σε ισορροπία με το κέντρο μάζας. Οι πιλότοι που πετούν με υπερηχητικές ταχύτητες καταλαβαίνουν ότι ακόμη και τα πιο μικρά σφάλματα μπορούν να οδηγήσουν σε καταστροφή. Ευτυχώς, δεδομένου του αεροσκάφους πολλών εκατομμυρίων δολαρίων που διασχίζουν τους ουρανούς αυτές τις μέρες, η πιθανότητα ανθρώπινου λάθους έχει εξαλειφθεί όσο το δυνατόν περισσότερο. Η απρόβλεπτη φύση των υπερηχητικών ταξιδιών έχει μειώσει την ελκυστικότητα των υπερηχητικών πτήσεων μαζικής αγοράς. Μερικές εταιρείες προσπάθησαν να πουλήσουν εμπορικές πτήσεις με αυτή την ταχύτητα, δηλαδή το τζετ Concorde, αλλά παραμένει ως επί το πλείστον απαγορευτικό από πλευράς κόστους και υπερβολικά επικίνδυνο.
Όσον αφορά τον κίνδυνο υπερηχητικού ταξιδιού στο ανθρώπινο σώμα. Μπορεί να χειριστεί οποιαδήποτε σταθερή ταχύτητα, αλλά δεν μπορεί να χειριστεί μεγάλη επιτάχυνση. Μέσα σε ένα αεροσκάφος, τα αποτελέσματα διαφορετικής επιτάχυνσης θα γίνουν αντιληπτά, αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι μπορούν να αντέξουν/επιβιώσουν σε συνεχή δύναμη οπουδήποτε από 4-6G. Χωρίς την προστασία ενός αεροσκάφους, όπως η περίπτωση κάποιου όπως ο Felix Baumgartner, ο οποίος πήδηξε με επιτυχία από τα 128.000 πόδια πάνω από τη Γη, που έσπασε το ρεκόρ, οι κίνδυνοι είναι πιο πραγματικοί. Εάν το σώμα αποτύχει να πέσει σταθερά και αντί αυτού αρχίσει να περιστρέφεται γύρω από έναν κεντρικό άξονα με αυτή την ταχύτητα, θα μπορούσε να προκαλέσει τη συγκέντρωση του αίματος στο κεφάλι και τα πόδια, με αποτέλεσμα την απώλεια συνείδησης. Εάν η πίεση του αίματος σε αυτά τα δύο άκρα δεν αντιμετωπιστεί, η έντονη πίεση θα μπορούσε πραγματικά να συνθλίψει τον εγκέφαλο. Ευτυχώς, δεν υπάρχουν πολλές ευκαιρίες για έναν άνθρωπο να σπάσει το φράγμα του ήχου χωρίς αεροσκάφος. Στην πραγματικότητα, ο Baumgartner ήταν ο πρώτος στην ιστορία!
Μια τελευταία λέξη
Το σπάσιμο του ηχητικού φράγματος μπορεί να ακούγεται σαν μια τεράστια και τρομακτική πρόκληση, αλλά είναι ένα μάλλον συνηθισμένο όριο στους αεροδυναμικούς κύκλους και στις στρατιωτικές/αεροπορικές βιομηχανίες. Η επιστήμη πίσω από την επίτευξη μιας τέτοιας ταχύτητας, και η επακόλουθη ηχητική έκρηξη, είναι αρκετά ενδιαφέρουσα και συνεχίζει να μας οδηγεί προς όλο και πιο γρήγορες μορφές πτήσης. Η επόμενη μεγάλη ανακάλυψη όσον αφορά την ταχύτητα, ωστόσο, είναι να φτάσεις στην ταχύτητα του φωτός! Σίγουρα, θα απαιτούσε την πλήρη κατάρρευση των γνωστών φυσικών νόμων του σύμπαντος, αλλά σίγουρα θα δημιουργούσε μια υπέροχη ιστορία!
