دیوار صوتی چیست و چگونه می شکند؟

راستش را بخواهید بر خلاف برداشتی که از کلمه “دیوار صوتی” می‌شود، اصلا دیواری در کار نیست که بشود آن را دید. بر خلاف آنچه ممکن است که مربوط به لحظه “شکستن دیوار صوتی” ‌بوسیله یک هواپیمای جت است به نظر برسد، منظور از “دیوار صوتی” سرعت سیر امواج صوتی بسته به محیطی که در آن حرکت می‌کنند است، نه پرده‌ای واقعی که دماغه هواپیمای جت آن را سوراخ کند. دیوار صوتی دیوار خیالی است که هواپیما در موقعیکه سرعتش به اندازه سرعت صوت میرسد، به آن بر بخورید ، این سرعت تقریباً سه صد و سی و دو متر در ثانیه و یا 760 میل در ساعت روی سطح دریاست. ولی در جاهای بلند که هوا رقیقتر است ، میزان سرعتش هم کمتر است.

برای توضیح درباره آنچه هنگام شکستن دیوار صوتی روی می دهد ، ابتدا باید به صوت به چشم موجی با سرعت انتشار محدود نگاه کرد. بازتاب صدا در کوه ، تاخیر زمانی در شنیدن صدای بلندگوهایی که یک چیز را پخش می کنند و شنیدن صدای رعد پس از دیدن برق نمونه ای از این اثرات است. در سطح دریا و دمای 22 درجه ، امواج صوتی با سرعت 345 متر بر ثانیه یا 1240 کیلومتر در ساعت منتشر می شوند. هر چه دما و فشار کاهش یابد، سرعت صوت کم می شود، به طوری که برای هواپیمایی در ارتفاع  35 هزار پایی، جایی که دما 54- درجه است. سرعت صوت به 295 متر در ثانیه یا 1060 کیلومتر در ساعت می رسد. حالا یک منبع صوتی را تصور کنید که یک پالس در ثانیه در فضا پخش می کند. این پالس ها را می توان به صورت پوسته های کروی از هوای پرفشار که با سرعت صوت بزرگ می شوند و صوت را منتشر می کنند تصور کرد (درست مانند دایره های ایجاد شده در سطح آب پس از پرتاب یک سنگ) به این کره ها جبهه های موج می گوییم .

دیوار صوتی چیست و چگونه می شکند؟ - خرید بلیط هواپیما

اگر چشمه ساکن باشد ، این کره ها، مانند دایره های آب هم مرکز خواهند بود ؛ اما اگر منبع شروع به حرکت کند، این کره ها را در جهت حرکتش جابه جا خواهد کرد. به طوری که فاصله کره ها از هم در یک طرف (در جهت حرکت) کمتر و در طرف مقابل بیشتر خواهد شد. مقدار این جابه جایی بستگی به سرعت منبع نسبت به سرعت انتشار صوت دارد. هر چه سرعت منبع بیشتر باشد، به جبهه های موجی که در هر لحظه تولید می کند، نزدیکتر شده و بنابراین فاصله جبهه ها در مقابل منبع کمتر و کمتر می شود، تا این که در سرعت صوت ، منبع به موج صوتی خود می رسد و با آن حرکت می کند.

به طوری که جبهه های کروی امواج تولید شده همگی مقابل منبع انباشته می شوند مثل حلقه های تودرتو با شعاع های مختلف که در یک نقطه بر هم مماسند. از نظر فیزیکی جبهه های موج نشان دهنده تغییرات فشار هوا هستند و همین تغییرات فشار است که گوش ما آن را به صورت صدا می شنود. حالا تصور کنید همه این جبهه های موج پرفشار جلوی یک هواپیما که با سرعتی در آستانه سرعت صوت حرکت می کند جمع شود. در این صورت جبهه ها همدیگر را تقویت می کنند و یک موج فشار با دامنه بسیار زیاد تشکیل می دهند. در هوانوردی، دیوار صوتی به انگلیسی نقطه‌ای است که متحرک اگر بخواهد به مافوق صوت برسد باید از آن عبور کند. اولین بار در دهه ۱۹۵۰ دیوارهای صوتی شکسته شدند. شکسته‌شدن دیوار صوتی همراه با صدایی بلند است.

امواج ضربه‌ای یا Shockwaves در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه‌ای، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هواست که می‌تواند به لایه‌های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید. برای درک بهتر مطلب، وقتی که سنگی در آب انداخته می‌شود، موج هایی در آب بوجود می‌آیند که به سمت خارج در حال حرکت اند. این امواج، نتیجه افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه‌ای از مولکول های آب است که قادر به انتقال به لایه‌های دیگر نیز می‌باشد، و امواج ضربه‌ای نیز، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آنها در سیالی دیگر به جای آب به نام هوا، تشکیل می‌شوند.

دیوار صوتی چیست و چگونه می شکند؟ - خرید بلیط هواپیما

در سرعت های نزدیک سرعت صوت، فرضیه غیر قابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به ۱۶٪ در می‌رسد، که مقداری غیر قابل چشم پوشی است. در این سرعتها هوای جلوی بال یا لبه حمله به شدت متراکم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد، همین مسئله، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه‌ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا، نظم فشار هوای محیط را برهم می‌زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می‌کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال سیر است، از آن دور می‌شوند.

اما کم‌کم، با نزدیک شدن به سرعتهای ترانسونیک و حدود سرعت صوت، این امواج 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 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، گر چه 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 مسئله گذر از دیوار صوتی را مشکل می‌نماید.

با نزدیک شدن هواپیما به سرعت صوت، تولید امواج ضربه ای یا Shockwave ها بر روی بال ها شروع می شود. هر چه سرعتی که هواپیما در آن سرعت موجب تولید امواج ضربه ای می شود بیشتر باشد، آن هواپیما از آیرودینامیک بهتری برخوردار است. این امواج حالتی را شبیه به کوبیدن رو بال ها پدید می آورند و این حالت ناپایداری تا جایی ادامه می یابد که ممکن است فرامین هواپیما به کلی از دست هدایت کننده آن بیرون رود. سرعتی را که تولید امواج ضربه ای در آن برای یک هواپیما شروع می شود، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach می نامند. اما بعد از شکست دیوار صوتی و گذشتن از آن این حالت از بین رفته و فرامین به حالت اصلی خود باز می گردند. گفتیم که نزدیکی هواپیما به سرعت صوت، تولید امواج ضربه ای را در پی دارد. هر موجود پرنده ای در حالت پرواز، فشار های گوناگونی تولید کرده و فشار های متفاوتی نیز از سوی او بر محیط اعمال می شود و عملاً نظم فشار محیط را بهم می زند. تا قبل از سرعت صوت، هر موجی که از سوی هواپیما تولید می شود، از آن دور شده و اثری بر آن نخواهد داشت. اما با نزدیک شدن هواپیما به سرعت صوت، دیگر تقریباً امواج فرصت دور شدن از لبه حمله بال هواپیما را نداشته تا جایی که دیگر اصلاً موقعیتی برای فرار آنها وجود نداشته و چون هواپیما نیز همسان با سرعت صوت حرکت می کند، صدای تولید شده توسط هواپیما در هر لحظه جمع شده و با تجاوز از سرعت صوت، صدای مهیب و انفجار مانندی به گوش می رسد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی است.

دیوار صوتی چیست و چگونه می شکند؟ - خرید بلیط هواپیما

هواپیماها از نظر سرعت به چند دسته تقسیم می شوند: 

· هواپیماهای زیر سرعت صوت یا  Sub Sonic  

· هواپیماهای نزدیک سرعت صوت یا Tran Sonic  

· هوپیماهای دقیقاْ در صوت یا Sonic  

· هواپیماهای ماورای سرعت صوت یا Super Sonic  

· هواپیماهای بسیار بالاتر از سرعت صوت یا Hyper Sonic 

 سرعت صوت عبارت است از مقدار مسافتی که صوت در یک مدت زمان معین طی می کند. برای مثال سرعت صوت در ثانیه و در سطح دریا و دمای 22 درجه تقریباً 345 متر و سرعت آن در یک ساعت 1240 است. دلیل متغیر بودن سرعت صوت، به میزان فشار هوا یا در حقیقت ارتفاع بستگی دارد. در سطح دریا، سرعت صوت در میزان حداکثر خود و در ارتفاعات بالا کمترین مقدار خود را یعنی حدود 1060 کیلومتر بر ساعت را در در دمای 52 درجه دارد که به این معنی است که در سطح دریا، به دلیل تراکم نسبتاً زیاد مولکول های هوا، صوت با سرعت بیشتری حرکت می کند و مجرد اینکه ارتفاع بالا می رود، فشار هوا تقلیل یافته در نتیجه صوت با سرعت کمتری فضا را پیمایش می کند. به حداکثر سرعت صوت در یک ارتفاع معین ماخ یا Mach می گویند. به این ترتیب سرعت 120 کیلومتر در ساعت تقریباً مقداری معادل 0.1 ماخ داشته و سرعت 950 کیلومتر برساعت تقریباً معادل 0.9 ماخ است (البته بیان سرعت به کیلومتر در ساعت برای درک بهتر است، چه، در غیر اینصورت واحد سرعت هواپیماها بیشتر بر حسب نات یا Knot که معادل 1822 متر است محاسبه گردیده و ارتفاع آنها نیز بر حسب پا یا Foot که هر فوت معادل تقریباً 0.35 متر است محاسبه می شود). سرعت ماخ توسط فرمول سرعت هواپیما تقسیم بر سرعت صوت محیط محاسبه می شود. 

دیوار صوتی چیست و چگونه می شکند؟ - خرید بلیط هواپیما

در حدود سرعت صوت، به دلیل فشردگی بیش از حد هوا در مقابل لبه حمله بال هواپیما، نیروی برای هواپیما به شدت کاهش پیدا کرده و بالعکس نیروی پس کشنده یا Drag آن به شدت افزایش پیدا می کند؛ تا جایی که بسیاری در زمان های گذشته عقیده داشتند که عبور از چنین سرعتی برای اجسام پرنده ساخت دست انسان غیر ممکن می باشد، اما ورود موتور جت به عرصه هوانوردی، این رویا رنگ واقعیت به خود گرفت. چرا که اگر یک هواپیمای ملخ دار در سرعت 700 کیلومتر بر ساعت به 1000 اسب بخار نیرو نیاز داشته باشد، در سرعت 1000 کیلومتر بر ساعت، همین هواپیما به 30,000 اسب بخار نیرو جهت پرواز نیز خواهد داشت. به همین دلیل این حد را دیوار صوتی نامیده و گذشتن از آن را غیر ممکن می دانستند، خرید آنلاین بلیط هواپیما .


هواپیمایی آسمان
هواپیمایی تابان
هواپیمایی آتا
هواپیمایی معراج
هواپیمایی ایران ایر
هواپیمایی کاسپین
هواپیمایی نفت
هواپیمایی قشم
هواپیمایی ایران ایرتور
هواپیمایی ماهان
هواپیمایی کیش ایر
هواپیمایی زاگرس