Kako se probija zvučni zid

Što je zvučni zid?

Zvučni zid je aerodinamička pojava koja se događa kada objekt putuje brže od brzine zvuka u određenom mediju, najčešće u zraku. Kada se objekt kreće brže od zvuka, stvara se pritisak zračnih čestica u blizini objekta koji se ne može raspršiti brzinom zvuka. To uzrokuje stvaranje vala pritiska oko objekta, koji se širi u obliku konusnog oblika i stvara karakteristični prasak koji se čuje kao zvučni udar. Ovaj zvučni prasak nastaje kada se objekt kreće brzinom većom od oko 1225 kilometara na sat. Prije nego što se prevlada zvučni zid, objekt se kreće brzinom manjom od brzine zvuka, a zvučni valovi koji se generiraju u tom procesu šire se unaprijed iz objekta. Kad se brzina objekta približi brzini zvuka, ti zvučni valovi postaju gusto stisnuti, što uzrokuje povećanje otpora zraka. Kada objekt konačno pređe brzinu zvuka, ti zvučni valovi postaju preširoki i stvaraju iznenadni udar, što rezultira stvaranjem zvučnog zida.

Zvučni zid - povijest

Prije nego što su zrakoplovi počeli približavati brzini zvuka i probijati zvučni zid, znanstvenici su počeli razmatrati teoretske aspekte brzine zvuka. Daniel Bernoulli, Euler i drugi su pridonijeli razumijevanju zakona fluidne dinamike koji su bili temeljni za kasnije razumijevanje zvučnog zida. Najpoznatiji događaj u povijesti prevladavanja zvučnog zida dogodio se 14. listopada 1947. godine kada je američki pilot Chuck Yeager letio zrakoplovom Bell X-1 i prvi put u povijesti čovječanstva prešao brzinu zvuka. To se dogodilo na visini od oko 13.700 metara iznad pustinje Mojave u Kaliforniji. Tijekom Drugog svjetskog rata, njemački znanstvenici su također provodili istraživanja u vezi s brzinom zvuka. Neki avioni, poput Messerschmitt Me 262, bili su sposobni doseći brzinu koja je bila blizu brzine zvuka, ali nisu prešli zvučni zid. Prevladavanje zvučnog zida nije bilo samo pitanje snage motora ili aerodinamike, već su se konstruktori suočavali s nizom problema, kao što je stvaranje aerodinamičkog stabilnog oblika i sustava kontrole leta koji bi omogućili siguran let pri brzini zvuka. S godinama, daljnjim istraživanjem i razvojem tehnologije, došlo je do razvoja nadzvučnih aviona kao što su F-104 Starfighter, Concorde i Lockheed SR-71 Blackbird.

Kako nastaje zvučni zid?

Zvučni zid nastaje kada objekt, poput aviona ili projektila, putuje brže od brzine zvuka u određenom mediju, najčešće u zraku. Kada se objekt kreće brže od zvuka, generira se serija gusto stisnutih valova pritiska koji se šire iz objekta. Ovi valovi pritiska stvaraju konusni oblik koji se proteže u smjeru kretanja objekta. Kada objekt približi brzinu zvuka, zračne čestice ispred njega počinju se gomilati i stvaraju gusto stisnute valove, dok se iza objekta stvaraju rijetko stisnuti valovi. Kada objekt konačno pređe brzinu zvuka, gusto stisnuti valovi pritiska ne mogu se širiti unaprijed brzinom zvuka, nego se gomilaju i stvaraju koncentrirani val pritiska. Taj iznenadni udar pritiska koji se čuje kao snažan zvučni prasak ili "udar" poznat je kao zvučni zid. No, pojava zvučnog zida nije samo ovisna o brzini objekta, već i o okolini u kojoj se objekt kreće. Na primjer, brzina zvuka u zraku nije ista kao u vodi ili u drugim medijima. Također, temperatura, vlažnost zraka i nadmorska visina mogu utjecati na brzinu zvuka, što također može utjecati na formiranje zvučnog zida.