Путь человечества к преодолению звукового барьера был долгим и сложным; это был один из важнейших моментов в развитии авиационной и аэрокосмической промышленности. Но что стоит за этим термином, и почему при его преодолении слышится хлопок? Давайте разберемся в этом вопросе.
Звуковой барьер, или точнее, звуковая скорость, — это скорость распространения звука воздухе. Обычно она составляет около 343 м/с (при температуре 20 °C), однако, с увеличением высоты и температуры воздуха, эта скорость может изменяться. Когда летательное средство движется со скоростью, превышающей звуковую скорость, происходит проход волнового фронта звука через само летательное средство, что сопровождается проявлением различных физических эффектов.
Итак, почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок? Ответ на этот вопрос связан с образованием и распространением ударной волны. Ударная волна возникает в тот момент, когда летательное средство достигает скорости, равной или превышающей звуковую скорость. Слово «ударная» здесь используется в переносном смысле — это несколько ввиду «удара», например, физический удар, а скорее в связи с неожиданным и резким изменением физического поля воздуха.
Когда летательное средство движется со скоростью, превышающей звуковую, оно «прорывается» через медленные звуковые волны. Возникающая ударная волна — это концентрация звуковых волн, которые накладываются друг на друга и образуют мощную, сжатую волну, перед которой происходит «вымпелевидное» распространение (подобно эффекту, возникающему, когда бросаем камень в пруд).
Когда ударная волна достигает наблюдателя на поверхности Земли, происходит хлопок. Это звук, возникающий из-за внезапного изменения давления и скорости воздуха. Подобно тому, как шлепок или хлопок слышатся, когда одна рука ударяет по другой, так и воздушные молекулы, попадая в ударной волне, сталкиваются друг с другом и создают звук.
Стоит отметить, что величина хлопка, который мы слышим при преодолении звукового барьера, сильно зависит от размеров и формы летательного аппарата, его скорости и угла атаки. Например, ударная волна, создаваемая струей газа из двигателей реактивного самолета, может быть подавлена благодаря специальным аэродинамическим девайсам, таким как носовые кробы или крылья.
Итак, почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок? Ответ на этот вопрос связан с образованием и распространением ударной волны. Ударная волна возникает, когда летательное средство движется со скоростью, превышающей звуковую скорость, и является результатом прохождения воздушного волнового фронта через само летательное средство.
Таким образом, слышимый хлопок при преодолении звукового барьера связан с явлением ударной волны и изменением давления и скорости воздуха. Это физическое явление можно сравнить с хлопком, который слышим, когда две руки сталкиваются друг с другом. В обоих случаях происходит внезапное изменение физического поля, и это сопровождается звуком.