دوي إختراق الصوت

من أجل استخدامات أخرى، انظر دوي إختراق الصوت (توضيح).

Rapid condensation of water vapor due to a sonic shock produced at sub-sonic speed creates a vapor cone (known as a Prandtl–Glauert singularity), which can be seen with the naked eye

A sonic boom produced by an aircraft moving at M=2.92, calculated from the cone angle of 20 deg. An observer hears the boom when the shock wave, on the edges of the cone, crosses his or her location.

Mach cone angle

يستعمل مصطلح دوي إختراق الصوت ليشير إلى الدوي الناتج عن إقلاع طائرة أسرع من الصوت. ويشبه ذلك الصوت بالنسبة لشخص على الأرض صوت قصف الرعد. وهذا الصوت نتيجة للموجة التصادمية التي تسببها الطائرة. وهذه الموجة اضطراب في الضغط ينشأ حول الطائرة المحلِّقة بسرعة تفوق سرعة الصوت بسبب اختلاف كيفية تدفق الهواء حول مقدمة الحواف الرئيسية للطائرة. وهذا الدوي غير ضار بالإنسان، إلا أنه يسبّب تشققات في الجدران، وقد يحطم زجاج النوافذ. وينطق عن الطائرة التي تتجاوز سرعة الصوت إنها تحطم حاجز الصوت.

ويعتبر الكابتن تشارلز إلوود ييجر من القوات الجوية الأمريكية أول من حطم حاجز الصوت على متن طائرة صاروخية منطراز بِل اكس-1 في 14 اكتوبر عام 1947م.

الأسباب

{\displaystyle \sin \left(\alpha \right)={1 \over M

,

حيث M هي عدد ماخ للطائرة. So the faster it goes, the finer, (more pointed) the cone.

وتسمى النسبة بين سرعة الطائرة وسرعة الصوت في الهواء عدد ماخ Mach number. ولما كان المخروط يتحرك بتحرك الطائرة، فإن خط تقاطعه مع سطح الأرض يأخذ شكل بتر مكافئ، ومن ثم فكل مَن هوموجود على هذا البتر يسمع الأزيز الصوتي. وبالطبع فإن شدة الأزيز أومقدار ازدياد ضغط الهواء يضعف بازدياد البعد عن الطائرة، ويتغير بتغير حجمها ووزنها وشكلها، كما يتأثر بالظروف الجوية السائدة وبعوامل أخرى.

الشكل (2) جدار الصوت

إن بالإمكان التنبؤ بمقدار ازدياد ضغط الهواء الناشئ عن الأزيز الصوتي على طول خط سير محدد لطائرة تنطلق بسرعة تفوق سرعة الصوت فيه، وبما ينجم عن ذلك من أضرار كتحطُّم النوافذ، وإحداث شقوق دقيقة في الورق الذي يكسوالجدران. وقد بيَّنت الدراسات حتى الأضرار تكون معدومة إذا قل ازدياد الضغط عن 7.3كيلوغراماً على المتر المربع. إلا حتى ما يشغل بال الباحثين هوالآثار النفسية المترتِّبة على تكرار سماع الأزيز الصوتي خاصةً عندما يحدث ذلك فوق مناطق مأهولة بالسكان ومن طائرات نقل تحلِّق بسرعات تفوق سرعة الصوت ultrasonic.

تجدر الإشارة إلى حتى المخروط الذي تتوضَّع عليه موجة الصدم يؤول إلى مستوٍ عندما تبلغ سرعةُ الطائرة سرعة الصوت في الهواء تماماً، ويشكِّل المستوي عندها جداراً عند مقدِّمة الطائرة يدعى جدار الصوت يتقدم بتقدم الطائرة، ويحدث في موضع تلاقيه مع سطح الأرض أزيزاً صوتياً كالأزيز الذي يولِّده مخروط موجة الصدم، ويسود عندها هدوء أمام هذا الجدار فلا يَسمع صوت الطائرة مَن كان واقفاً أمامه.

الخصائص

الأمثلة والقياس

الطائرة	السرعة	الارتفاع	الضغط (psf)
اس ار 71	3 ماخ	80,000 قدم	0.9
كونكورد SST	2 ماخ	52,000	1.94
اف 104	1.93 ماخ	48,000 قدم	0.8
مكوك فضاء	1.5 ماخ	60,000 قدم	1.25