Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvað gerist þegar þotur rjúfa hljóðmúrinn?

Hávaðinn sem fylgir flugi yfir hljóðhraða stafar af höggbylgju samþjappaðs lofts. Þegar þessi höggbylgja skellur á hljóðhimnum okkar heyrum við miklar drunur.

Hljóðhraðinn er útbreiðsluhraði hljóðbylgna í lofti, það er sá hraði sem hljóðbylgjur ferðast með um loftið. Hljóðhraði minnkar með lækkandi hita og lækkar því í aðalatriðum með hæð, en er um 1200 km/klst við sjávarmál og venjulegan hita og þrýsting. Þessi hraði er stundum kallaður hljóðmúrinn og má rekja þá orðanotkun til þess þegar menn álitu að hann myndaði efstu hraðamörk flugvéla, eins konar múr eða mörk sem þær kæmust ekki yfir. Flugvélin verður einmitt fyrir snörpum hvirfilstraumum og höggum þegar hún kemst á þennan hraða en eftir að hún er komin fram úr honum er flugið aftur eðlilegt gagnvart henni og þeim sem í henni eru.


Hér sést bandarísk orrustuþota nálgast hljóðhraða.

Frá árinu 1947, þegar "múrinn" var fyrst rofinn, hafa menn hins vegar smíðað fjölda flugvéla sem fljúga yfir þessum mörkum. Komið hefur í ljós að miklar drunur fylgja slíku flugi og hafa þær verið nefndar hljóðbylgjudrunur eða hljóðhögg (e. sonic boom).

Best er að útskýra hljóðbylgjudrunur með samlíkingu við öldur sem myndast þegar skip sigla á vatni, enda er um hliðstæð fyrirbæri að ræða.

Þegar steinum er kastað í lygna tjörn myndast hringlaga bylgjur (gárur) sem berast eftir vatnsborðinu út frá staðnum þar sem steinninn lenti. Þetta má sjá á mynd 1. Svipað gerist þegar bátur siglir hægt eftir lygnu vatni. Gárur myndast í kringum bátinn og meðan hraði hans er minni en hraði aldanna eftir yfirborðinu breiðast þær út fyrir framan og aftan bátinn. Þetta er sýnt á mynd 2.



Ef hraði bátsins er hins vegar meiri en hraði aldnanna þá ná þær ekki að breiðast út með þessum hætti. Þess í stað mynda fyrstu bylgjur frá bátnum á hverjum stað eina stóra kjölbylgju eins og sést á mynd 3. Eins og mynd 4 sýnir nánar, eru bylgjur frá nærliggjandi stöðum á ferli bátsins nokkurn veginn samtaka og því verður bylgjan miklu meiri en venjulegar bylgjur eins og þær sem við sjáum á mynd 2.

Þetta má heimfæra beint á flug flugvéla. Þegar flugvélar fljúga undir hljóðhraða breiðast út frá þeim hljóðbylgjur á sama hátt og öldurnar á mynd 2. Ef þotur fljúga yfir hljóðhraða breiðast öldurnar út fyrir aftan þær og bylgjustafnar þeirra sameinast um að mynda höggbylgju sem ferðast með flugvélinni, á sama hraða og hún. Eins og sést á mynd 4 myndar höggbylgjan keilu þar sem flugvélin er í topppunkti. Horn keilunnar verður minna eftir því sem þotan flýgur hraðar.

Höggbylgjan myndast óháð því hvort sjálfstæðir hljóðgjafar, svo sem háværir þotuhreyflar, eru í hlutnum sem ferðast gegnum loftið; til dæmis myndast hljóðbylgja einnig þegar byssukúla smýgur gegnum loft á meiri hraða en hljóðið. Þetta stafar af því að hlutir sem ferðast í lofti valda þrýstingstruflunum í loftinu sem breiðast út á við með hljóðhraða.

Þegar hin snarpa þrýstingstruflun, höggbylgjan, berst hljóðhimnum okkar heyrum við háværan hvell. Hávaðinn varir aðeins örskamma stund, enda ferðast höggbylgjan út á við á sama hraða og hljóðið. Hávaðinn getur verið allmikill, og fyrir stórar þotur eins og Concorde-þotuna nær hljóðhöggið sársaukamörkum (120 dB) jafnvel úr 20 km fjarlægð.

Heimildir:

Mynd af orrustuþotu:

Útgáfudagur

1.8.2000

Spyrjandi

Kristinn Karl Jónsson og Vignir Hjaltason

Höfundar

læknanemi við HÍ

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Tilvísun

Tryggvi Þorgeirsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað gerist þegar þotur rjúfa hljóðmúrinn?“ Vísindavefurinn, 1. ágúst 2000. Sótt 17. október 2018. http://visindavefur.is/svar.php?id=708.

Tryggvi Þorgeirsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2000, 1. ágúst). Hvað gerist þegar þotur rjúfa hljóðmúrinn? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=708

Tryggvi Þorgeirsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvað gerist þegar þotur rjúfa hljóðmúrinn?“ Vísindavefurinn. 1. ágú. 2000. Vefsíða. 17. okt. 2018. <http://visindavefur.is/svar.php?id=708>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Hanna Óladóttir

1968

Hanna Óladóttir er aðjúnkt í íslensku við Menntavísindasvið Háskóla Íslands. Rannsóknir hennar eru á sviði félagsmálfræði og hafa snúist um viðhorf fólks til íslensku.