Jak vzniká sonický třesk

26. únor 2017 | 13.00 |

Lidé jsou odedávna fascinováni rychlostí svého pohybu. Pokud chtěli být rychlejší a rychlejší, osedlali si koně a později začali vyrábět dopravní prostředky: lodě, auta, vlaky a letadla. Historie lidského pokroku je svázána se stále se zvyšující rychlostí a milníkem se pak stalo překonání rychlosti zvuku ve vzduchu. Snem mnohých pilotů bylo překonat zvukovou bariéru, ovšem letadla se při tak velkých rychlostech potýkala se zvýšenými turbulencemi.  Piloti chtěli překonat rychlost zvuku nejrůznějšími skokovými riskantními manévry, které často končily tragicky.

Když byl v roce 1947 tvar letadel vylepšen pohyblivými horizontálními stabilizátory na ocase, podařilo se Chucku Yeagerovi, jako prvnímu člověku, překročit v letadle Bell X-1 rychlost zvuku. Jeho rychlostní letoun byl vynesen bombardérem do výšky 2 500 metrů. Yeager si pak do něj z bombardéru přesednul a ještě byl bombardérem vytažen do výšky 6 km. Teprve pak se odpoutal od bombardéru a zapnul 4 raketové motory. Dostal se až do výšky 13 700 metrů, kde mu v horizontálním letu přístroje ukázaly, že se dostal nad hranici rychlosti zvuku ve vzduchu 1 127 km/h. To také (na rozdíl od jeho často uváděného předchůdce pilota Georga Welche) potvrdily pozemní radary.

Letouny, letící rychleji než je zmiňovaná rychlost zvuku ve vzduchu, však vytvářejí rázovou vlnu s hromovým zvukem, označovaným jako aerodynamický třesk, kterou vnímáme jako nepříjemnou silnou ránu podobající se výstřelu. Aerodynamický (sonický či akustický třesk) je velmi nepříjemný pro lidi a zvířata. Jeho intenzita závisí na velikosti letadla a nadmořské výšce, protože s její výškou klesá hustota vzduchu. Zvuková rána ale může způsobovat i materiální škody na domech, například v podobě rozbitých okenních tabulek.

Proto je nutné překonání zvukové bariéry letadlem dělat vysoko nad krajinou. Z letadla se jako ze zdroje hluku šíří kulové vlnoplochy ve všech směrech. Vlivem jeho velké rychlosti dochází k tvorbě vlnoploch až za ním. Vlnoplochy se rozbíhají do všech směrů a vytvářejí za letadlem oblast tvaru kužele.

Letadlo letící nadzvukovou rychlostí na obloze nejdříve spatříme, ale třaskavý zvuk z něj neuslyšíme do té doby, než k nám po jeho přeletu nedorazí zvukové vlnoplochy části kuželovité plochy, které se dotknou zemského povrchu. Tento kužel (bývá označován podle fyzika Ernsta Macha) při svém kontaktu se zemí tvoří na zemském povrchu jakýsi hyperbolický koberec. Problematikou síly sonického třesku se zabývají Navier-Stokesovy rovnice. Na čelní ploše rázové vlny dochází prudkým změnám hodnot hustoty a tlaku vzduchu. Na zemi se vytvářejí charakteristické tzv. N-vlny dané náhlými změnami tlaku: první z nich je zvýšení tlaku v nosu letadla a druhou pak, když tím ocas letadla projde a tlak se vrací do normálu. To způsobuje dvojí ránu, kterou však lidské ucho registruje jakou úder jediný.

Se sonickým třeskem se můžeme setkat i v jiných příkladech. Ke svému prospěchu jej používali gigantičtí dinosauři rodu Diplodocus, který svým až 15 metrů dlouhým ocasem práskali natolik, že odradili své případné predátory. Také některé druhy krevet vytvářejí podobnou rázovou vlnu pod vodou k omráčení nebo zabití své kořisti bez kontaktu na dálku.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře