خرق جدار الصوت: كيف يحدث ؟.. وما خطورته

كيف يحدث خرق جدار الصوت

إن الطفرة الصوتية عبارة عن صوت اندفاعي يشبه صوت الرعد. ويحدث هذا الصوت نتيجة لتحرك جسم بسرعة أكبر من سرعة الصوت ـ حوالي 750 ميلاً في الساعة عند مستوى سطح البحر. وتنتج الطائرة التي تسافر عبر الغلاف الجوي باستمرار موجات ضغط جوي تشبه الموجات المائية التي تسببها مقدمة السفينة. وعندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت، تتحد موجات الضغط هذه لتشكل موجات صدمة تنتقل إلى الأمام من نقطة التولد أو “الانطلاق”.

خطورة خرق جدار الصوت

في 14 أكتوبر 1947، تم إسقاط طائرة صغيرة تشبه الصاروخ تقريبًا تسمى بيل إكس-1 من طائرة بي-29 كبيرة. أطلق الكابتن تشاك ييجر محرك إكس-1 وتسارع عبر حاجز الصوت ليصبح أول رجل يسافر بسرعة أكبر من سرعة الصوت. تُعرف السرعة التي ينتقل بها الصوت باسم حاجز الصوت. تتغير سرعة الموجة الصوتية في الواقع مع درجة الحرارة وكثافة الهواء، وتزداد بنحو 0.6 متر/ثانية لكل زيادة في درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية. عند 68 درجة فهرنهايت، تبلغ سرعة الصوت حوالي 343 مترًا/ثانية أو 767 ميلاً في الساعة عند مستوى سطح البحر.

Breaking the sound barrier: How does it happen? And how dangerous is it?

استخدامات خرق جدار الصوت

كيف تم كسر حاجز الصوت؟
تمكن الكابتن تشاك ييجر من سلاح الجو الأمريكي من اختراق حاجز الصوت رسميًا في 14 أكتوبر 1947 بطائرة الصاروخ بيل إكس-1. تجاوز ييجر سرعة الصوت بمقدار ماخ واحد بعد سقوطه من طائرة بي-29، مما أثبت أن الطائرة التي تحمل ركابًا يمكنها اختراق حاجز الصوت دون إصابة أو ضرر. تمت الرحلة فوق قاعدة موروك الجوية، المعروفة الآن باسم قاعدة إدواردز الجوية، في صحراء كاليفورنيا. بعد هذا الإنجاز، استمرت الأبحاث، وبحلول عام 1959، كانت طائرة الصاروخ إكس-15 قد سافرت خمس مرات أسرع من سرعة الصوت.

متى تخترق الطائرة جدار الصوت

إن أي شيء يتجاوز سرعة الصوت يخلق “طفرة صوتية”، وليس الطائرات فقط. يمكن للطائرة أو الرصاصة أو رأس سوط الثور أن يخلق هذا التأثير؛ جميعها تنتج فرقعة. يمكن أن يكون هذا التغير في الضغط الناتج عن الطفرة الصوتية مدمرًا للغاية. في حالة الطائرات، من المعروف أن موجات الصدمة تكسر نوافذ المباني. لموجات الصدمة تطبيقات خارج مجال الطيران. يتم تفتيت حصوات الكلى والمرارة بتقنية تسمى تفتيت حصوات الكلى بموجات الصدمة خارج الجسم. تستخدم هذه التقنية موجات خارج نطاق السمع الطبيعي لدينا ولكنها لا تزال موجات. يتم إنتاج موجة الصدمة خارج الجسم وتركيزها بواسطة عاكس بحيث تتقارب على الحصوات. يتسبب الضغط الناتج عن موجات الصدمة في تفتيت الحصوات إلى قطع صغيرة يمكن التخلص منها بعد ذلك.

العوامل التي تؤثر على خرق جدار الصوت

الارتفاع: سرعة الصوت تتناقص مع الارتفاع بسبب انخفاض كثافة الهواء. فعلى ارتفاعات عالية، يمكن للطائرات أن تخترق جدار الصوت بسرعات أقل مقارنة بمستوى سطح البحر.
درجة الحرارة: ارتفاع درجة الحرارة يزيد من سرعة الصوت، بينما انخفاضها يقلل منها. لذا، في درجات الحرارة المنخفضة، يمكن للطائرة أن تخترق جدار الصوت بسرعات أقل.
التصميم الهوائي: تصميم الطائرة يساعد على تحقيق سرعة عالية بأقل مقاومة هوائية ممكنة، مما يسهل عملية خرق جدار الصوت.

Breaking the sound barrier: How does it happen? And how dangerous is it?

مراحل خرق جدار الصوت

إن أي مناقشة لما يحدث عندما يخترق جسم حاجز الصوت لابد وأن تبدأ بالوصف الفيزيائي للصوت باعتباره موجة ذات سرعة انتشار محدودة. وأي شخص سمع صدى (موجات صوتية تنعكس عن سطح بعيد) أو كان بعيداً بما يكفي عن حدث ما ليراه أولاً ثم يسمعه، فهو على دراية بالانتشار البطيء نسبياً للموجات الصوتية. فعند مستوى سطح البحر وفي ظل الظروف الجوية القياسية التي تبلغ 22 درجة مئوية، تنتقل الموجات الصوتية بسرعة 345 متراً في الثانية (770 ميلاً في الساعة). ومع انخفاض درجة الحرارة المحلية، تنخفض أيضاً سرعة الصوت، لذلك بالنسبة لطائرة تحلق على ارتفاع 35000 قدم ـ حيث تكون درجة الحرارة المحيطة 54 درجة مئوية ـ فإن السرعة المحلية للصوت تبلغ 295 متراً في الثانية (660 ميلاً في الساعة).

أمثلة على طائرات تخترق جدار الصوت

F-16 Fighting Falcon: طائرة مقاتلة متعددة المهام تستطيع الطيران بسرعة تتجاوز 2400 كم/ساعة.
Concorde: طائرة ركاب تجارية يمكنها الطيران بسرعة تقارب 2179 كم/ساعة.