المفهوم العلمي لإختراق حاجز الصوت

المفهوم العلمي لإختراق حاجز الصوت

في بداية تاريخ الطيران كانت سرعة الطائرات لاتتجاوز 43 كيلومتر/ساعة (طائرة الاخوان رايت)، الى ان وصلت في الفترة الاخيرة السرعة في المركبات الفضائية الى 40233كيلومتر/ساعة (مركبة ابولو الفضائية) وهذة السرعة تشكل 32 مرة ضعف سرعة الصوت.
ماهي سرعة الصوت؟:
هي سرعة انتقال الصوت في الهواء والتي تعادل 1225كيلومتر/ساعة (340متر/ثانية) عند سطح البحر، وتعتمد سرعة الصوت على عدة عوامل اهمها:
الارتفاع عن سطح البحر ودرجة الحرارة، تتغير السرعة بتغيرهما. فكلما ارتفعنا عن سطح البحر قلت سرعة الصوت، وكلما ارتفعت درجة الحرارة ازدادت سرعة الصوت.
وفي السرعات العالية جداً تقاس السرعة بوحدة الـ(ماخ) (Mach Number) والتي يرمز لها بالرمز (Ma) نسبةً للعالِم النمساوي (إرنست ماخ) الذي طوّر وحدة قياس للسرعات العالية.
ووحدة الـ ماخMach Number تعرف بنسة سرعة الجسم او الطائرة الى سرعة الصوت فعندما تطير الطائرة بسرعة تعادل نصف سرعة الصوت ( 612.5كيلومتر/ساعة) نقول انها تطير بسرعة 0.5ماخ، او عندما تطير بسرعة ضعف سرعة الصوت (2450كيلومتر/ساعة) نقول انها تطير بسرعة 2 ماخ.
وقد قسم العلماء السرعات العالية الى مسميات خاصة:
1- عندما يكون عدد ماخ اقل من 1 تسمى سرعة دون صوتية.
Ma<1) = subsonic speed)
2- عندما يكون عدد ماخ يساوي 1 تسمى سرعة صوتية.
Ma=1) =sonic speed)
3- عندما يكون عدد ماخ بين 0.8 و 1.2 تسمى سرعة حول صوتية.
0.84- عندما يكون عدد ماخ اكبر من 1 تسمى سرعة فوق صوتية.
Ma>1) = supersonic speed)
5- عندما يكون عدد ماخ اكبر من 5 تسمى سرعة خارقة.
(Ma>5) = hypersonic speed
وعندما تقترب سرعة الطائرة الى سرعة الصوت تبدأ تتشكل ظاهرة تسمى حاجز الصوت.
ماهو حاجز الصوت؟:
حاجز الصوت هو حدّ فيزيائي ظاهري او مرئي يعيق الاجسام الكبيرة من الوصول الى السرعة الفوق صوتية.
وعندما تطير الطائرة بسرعة 0.8ماخ وتبدأ في الاقتراب من سرعة الصوت تنضغط جزيئات الهواء حول سطح الطائرة فتكون قابلة للانضغاط، الى ان تصل سرعة الطائرة الى سرعة الصوت فتتشكل الصدمة الموجية والتي تكون على شكل دخان ابيض كثيف مخروطي الشكل لايتجاوز سمكه سنتيمترات قليلة، ويتكون هذا الدخان حول جسم الطائرة والذي يقسم جسمها الى قسمين: (zone 1) = حيث تكون درجة الحرارة والضغط كبيرين جداً بينما تقل سرعة الهواء
(zone 2) = تكون سرعة الهواء على سطح الطائرة اكبر من 1 ماخ Ma>1
وعند اختراق الطائرة (الطائرات الحربية او الكونكورد) لحاجز الصوت يحدث هناك صوت انفجار كبير جدا يعرف بـ (sonic boom)
وهذا تفسيره أن جميع الطائرات تصدر موجات صوتية تكون امام جسم الطائرة ولكن عندما تطير الطائرة بسرعة فوق سرعة الصوت تسبق الطائرة هذه الموجات وتضغطها الى ان تخترقها فيحدث هذا الصوت الهائل، لذلك الطيار او الاشخاص داخل الطائرة لايسمعون صوتها، بينما الاشخاص الذين على سطح الارض يرون الطائرة قبل سماع صوتها.
وفي الماضي كان العلماء يعتقدون انه من المستحيل تجاوز سرعة الصوت واختراق حاجز الصوت، حتى تمكنوا من اختراع مايسمى بالاجنحة التراجعية والمحركات النفاثة، حتى توصل الرائد في الدفاع الجوي الامريكي تشك ييجر (Chuck Yeager) في 14 اكتوبر عام 1947 بطائرته الـ Bell x-1 من اختراق حاجز الصوت على ارتفاع 13 كيلو متر وبسرعة الصوت.
والسؤال كان مطروحا على "توبياس روسمان"، الباحث والمهندس في المركز الأمريكي للمشاريع المتقدمة وباحث زائر في معهد كاليفورنيا للتقنية وقد رد قائلا: أي حديث عن النتائج التي تقع جراء اختراق حاجز الصوت لابد أن يبدأ بالوصف الفيزيائي للصوت على اعتبار أنه موجات لها سرعة محددة وأي فرد يسمع صدى الصوت (موجات صوتية تنعكس من أسطح تقع على مسافات بعيدة) أو يكون على مسافة بعيدة تجعله يرى أولا الحدث ثم يسمعه فيما بعد فإنه بذلك يكون على معرفة ولو نسبية بالتوليد البطيء للموجات الصوتية وعلى مستوى سطح البحر أو الأوضاع القياسية لطبقات الجو العليا. تبلغ سرعة الموجات الصوتية 345 متر في الثانية (حوالي 777 ميل في الساعة). ومع انخفاض درجات الحرارة في الجو تقل سرعة الموجات الصوتية أيضا. ولذلك، تطير الطائرات على ارتفاع 35 ألف قدم حيث تتوافر درجة الحرارة الملائمة (54 درجة مئوية تحت الصفر). وتصل سرعة الصوت إلى 295 متر في الثانية (660 ميل في الساعة). ونظرأ لأن توالد الموجات الصوتية يسير وفق نظام محدود فإن المصادر المتحركة التي يأتي منها الصوت من الممكن أن تبدأ في اللحاق بالموجات الصوتية المنبعثة من تلك المصادر ومع تزايد سرعة الطائرة ووصولها إلى سرعة الصوت تبدأ الموجات الصوتية في التراكم أمام الطائرة وإذا كانت سرعة الطائرة تتزايد بصورة كافية فمن المحتمل أن تنفجر عند عبورها حاجز الموجات الصوتية. أما التغير المفاجئ في الضغط بسبب تخطي الطائرة كل الحدود القصوى للضغط والموجات الصوتية المتراكمة أمامها فإنه يسمع على الأرض كأنه انفجار أو فرقعة صوتية مدوية.
وفي حالة السرعات الخارقة للصوت (السرعات الأعلى من سرعة الصوت المحلية) لا يسمع أي صوت مع اقتراب الطائرة من المراقب لأنها تطير بسرعة تفوق سرعة الصوت المنبعث منها ولا يسمع المراقب الصوت المنبعث من الطائرة إلا بعد مرورها ويشار عادة إلى هذه الفترات بـ "منطقة الصمت" و"منطقة الفعل" وحين تمر الطائرة أمام المراقب فإن الموجات الناجمة عن التغير في الضغط ستتجه نحو الأرض مما يسبب فرقعة صوتية مدوية. أما المنطقة التي يتواجد فيها الفرد الذي يستطيع سماع تلك الفرقعة الصوتية فيطلق عليها منطقة "وسادة الفرقعة". وتظهر أقصى قوة لتلك الفرقعة في المنطقة التي تقع أسفل مسار الطيران مباشرة في حين تقل تلك القوة على المناطق الجانبية.

» الكشف عن مخطط لـ«داعش» و«النصرة» لإختراق البقاع الشرقي
» إلى من يقف ضد استثمار خريجي الادارة المفهوم الاستراتيجي لإصلاح الإدارة العامة ارجو القراءة والتدقيق عبد الرحمن تيشوري
» ناصر قنديل : الصوت و الصورة فضيحة
» طائرات حربية تخترق جدار الصوت فوق القاهرة.. والمتظاهرون يواصلون اعتصامهم
» الإنجاز العلمي الإيراني بإطلاق مسبار إلى الفضاء