Handsken var därmed kastad - och här serveras ett försök att förklara fenomenet ljudbang.
När Chuck Yeager (jfr artikeln Yeager - först genom ljudvallen; maj 2016), som första människa någonsin, bröt genom ljudvallen den 14 oktober 1947 var han också först att med sitt raketflygplan - Bell X1 - åstadkomma en ljudbang.
Ja, Yeager var först med att medelst ett flygplan åstadkomma en ljudbang - miljoner män före honom hade dock skapat små men tydliga ljudbangar genom att avfyra ett skjutvapen! Varje avlossad kula skapar faktiskt en ljudbang genom att dess hastighet är större än ljudets. Förutsatt att du befinner dig i skydd hör du alltså först kulans ljudbang, därefter ljudet från anslaget och allra sist själva mynningsknallen från avfyringen.
Om vi för ett ögonblick går tillbaka till grunden för vårt hörande betingas detta av två saker: en ljudkälla och en ljudmottagare.
Ljudkällan kan gestaltas av en plåtskiva som vi slår på med en hammare. Ett slag sätter plåten i svängning fram och tillbaka och rörelsen i plåten överförs till den omgivande luften. Denna - minst sagt minimala - ökning och minskning av lufttrycket fortplantas genom luften och når vårt öra där ljudmottagaren, trumhinnan, tvingas svänga i takt med plåtens svängningar. Genom ett sinnrikt system i våra öron förvandlas trumhinnans svängningar till elektriska impulser som vår hjärna tolkar som ljud.
Vi kan efter belysning av dessa grundläggande fakta ge oss i kast med frågeställningen: vad är en ljudbang?
Runt ett flygplan sprider sig med ljudets hastighet, 340 m/s eller 1224 km/h, (gäller vid lufttemperatur 20 grader Celsius och trycket 750 mmHg) koncentriska tryckvågor orsakade av vindens brus mot flygkropp och vingar och naturligtvis av ljudet från förbränningen i motorn. När flygplanets hastighet är lika stor som ljudets (typiskt 340 m/s) hinner ljudtryckvågorna "inte undan" och luften uppför sig nu som ett icke komprimerbart medium - t. ex. vatten.
Planets nos befinner sig i detta läge i spetsen av en konisk akustisk bogvåg (jfr bild nedan) orsakad av tryckstegringen vid nosen. Oftast uppstår också en tydlig akter- eller häckvåg bildad av tryckfallet när luftströmmen "släpper" stjärtpartiet. Fenomenet överensstämmer helt (bog- och häckvåg) med förhållandena då en båt rör sig genom vatten.
När de två vågfronterna når marken uppfattas de av örat som en eller två skarpa knallar - knallar (ljudtrycksförändringar) som faktiskt kan vara så kraftiga att de skakar byggnader och spräcker fönsterrutor.
Detta ljudfenomen, orsakat av flygplan i överljudsfart, kallas ljudbang eller enbart bang. Det följer av ovanstående att bangen inte är en stationär företeelse utan att den "rullar" över marken med den fart och riktning som flygplanet har.
Hela tiden när planet flyger fortare än ljudhastigheten, åstadkommer det alltså en kontinuerlig, rullande, "ljudbang" på marken - ett akustiskt fenomen som sålunda följer i släptåg på flygplanets färd. En konformad ljudtrycksförändring, en akustisk bogvåg, uppstår vid planets nos, och når så småningom jordytan bakom planet.
Energin som erfordras för att bygga denna våg tas från flygplanet, vilket alltså måste kompensera energiförlusten med ett ökat motorpådrag för att kunna bibehålla sin fart.
En utbredd missuppfattning är att det smäller när planet går genom "ljudvallen". Av ovanstående framgår att ljudbangen (dvs förändringen av lufttrycket) följer flygplanet under dess färd.
Den maffiga bild som visas nedan, har publicerats i vissa tidningar som ett "fotografi av ljudvallen". Det är naturligtvis helt galet. Bakom chockvågen förtunnas luften. Mindre lufttryck betyder enligt den allmänna gaslagen lägre temperatur. Om luftfuktigheten är den rätta, kondenseras vattenångan, och man får ett kondensationsmoln, som följer planet.
Nedanstående illustrationer med vidstående text ur Bonniers stora lexikon 1986
Ω
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar