Skąd się bierze huk samolotu naddźwiękowego?

Mówimy, że przy przekroczeniu bariery dźwięku słyszy się charakterystyczny huk, a nawet kilka następujących po sobie. Skąd bierze się ten huk i dlaczego akurat w chwili przekroczenia prędkości dźwięku?

Za charakterystyczny huk, który przypisujemy przekroczeniu bariery dźwięku, odpowiada tak zwany grom dźwiękowy. Huk ten powstaje w silnikach samolotów. Jest tak silny, że może uszkodzić ściany budynków, nie mówiąc o szybach.

Gdy samolot porusza się w powietrzu, wywiera na nie ciśnienie. Zmiany ciśnienia powietrza rozchodzą się w przestrzeni jak dźwięk. Gdy samolot porusza się z prędkością poddźwiękową, słyszymy w zasadzie tylko silniki (rysunek A).

Gdy prędkość samolotu będzie taka jak prędkość rozchodzenia się dźwięku, na przodzie samolotu powstanie jakby „ściana” – bariera (rysunek B). Zwiększenie prędkości spowoduje rozcięcie tej bariery i powstaje fala. Tworzy się stożkowaty obszar rozprzestrzeniający się do tyłu. Wierzchołek tego stożka znajduje się na samolocie. To nic innego jak ciągła fala uderzeniowa (rysunek C). Tak długo jak samolot leci z prędkością naddźwiękową tak długo rozchodzi się fala uderzeniowa. Mitem jest zatem przeświadczenie, że huk powstaje tylko przy przekroczeniu prędkości dźwięku.

Gdy w zasięgu fali uderzeniowej (gwałtownych zmian ciśnienia) znajdzie się człowiek, gwałtownie rośnie ciśnienie w bębenkach usznych, potem gwałtownie obniża się i wraca do normalnego ciśnienia. Zmiany ciśnienia wprawiają w drgania błonę bębenkową i słyszymy te drgania jako huk.

Fale uderzeniowe mogą być wytwarzane przez różne części samolotu i mogą nakładać się na siebie. Kiedy nałożą się na siebie słyszymy jeden huk, czasem jednak słyszymy ich dwa, bo wytwarzane są dwa stożki fali uderzeniowej.

Stożek fali uderzeniowej ulega zakłóceniom w powietrzu, refrakcji, wygaszeniu. Może też docierać na ogromne odległości (nawet 100 km).

Samoloty wojskowe wykonują różne manewry, zwroty, gwałtowne przyspieszenia itp. Generuje to fale uderzeniowe w różnych kierunkach. Fale takie mogą nałożyć się na siebie w jednym punkcie. Powstaje wtedy niszczycielski supergrom.

Huk ten jest tak nieprzyjemny, że samoloty naddźwiękowe nie mogą latać w pobliżu dużych osiedli ludzkich. W zasadzie pasażerskie samoloty naddźwiękowe osiągają barierę dźwięku dopiero nad oceanem.

Materiał: https://www.medianauka.pl/bariera-dwieku