ما هو جدار الصوت؟ عدد ماخ والدوي والموجة المنتقلة

الخلاصة السريعة

جدار الصوت تسمية لظواهر قرب سرعة الصوت، وليس حائطًا ماديًا. يحدد عدد ماخ نسبة سرعة الجسم إلى سرعة الصوت في الهواء المحيط؛ والدوي أثر مرور موجة ضغط. ^[1][3]

• عدد ماخ M=v/a؛ استخدم سرعة الجسم بالنسبة إلى الهواء وسرعة الصوت المحلية. ^[1][2]
• العابر للصوت نطاق قرب ماخ 1، وليس حالة لا تحدث إلا عند المساواة الدقيقة. ^[1]
• تتولد موجات ضغط أثناء استمرار الحركة فوق الصوتية؛ الدوي ليس لحظة عبور واحدة فقط. ^[3]
• لاضطرابات صغيرة في نموذج منتظم، زاوية ماخ تحقق sin μ=1/M. ^[2]
• قاد تشاك ييغر X-1 في 14 أكتوبر 1947 برحلة موثقة فوق صوتية مع تحكم واستواء. ^[4]
• تذكر دراسة نفق هوائي تكثيفًا عند جريان دون صوتي مرتفع؛ لذلك لا نستنتج سرعة طائرة من سحابة وحدها. هذا استدلال محدود. ^[5]

سرعة بالنسبة إلى الهواء وعدد بلا وحدة

يرتبط حاجز الصوت بتغيرات انضغاط الهواء والجر قرب السرعة الصوتية. ^[1] لا نبحث عن جدار مرئي تصطدم به الطائرة.

نختار مثالًا افتراضيًا: سرعة جسم بالنسبة إلى الهواء 510 م/ث، وسرعة صوت محلية 340 م/ث. نسبة المثال M=510/340=1.5، بلا وحدة؛ استعملنا وحدة السرعة نفسها في الطرفين.

ولو اخترنا سرعة صوت 320 م/ث للجسم نفسه، أصبحت النسبة 510/320=1.59375. العدد 340 ليس قيمة ثابتة لكل مكان؛ إنه أحد معطياتنا التعليمية.

يسمي المرجع الحركة قرب ماخ 1 عابرة للصوت، مع إمكان مناطق محلية تتجاوز سرعة الصوت. ^[1] لا تختصر المنطقة كلها في رقم يساوي 1 تمامًا.

لماذا يصل الدوي بعد انتقال الموجة؟

توضح ناسا أن الطائرة فوق الصوتية تواصل إنتاج موجات ضغط؛ يسمع الأثر عندما تمر الموجة عند موضع السامع. ^[3] استمرار التوليد لا يعني سماع دوي متصل عند شخص ثابت طوال الرحلة.

نرسم مصدرًا نقطيًا في وسط منتظم بسرعة ضعف سرعة الاضطراب. الدوائر جبهات من مواضع سابقة، والخطان المماسان لها يبينان مقطع مخروط ماخ للاضطرابات الصغيرة. ^[2]

نختار v=680 و a=340 م/ث، فيكون M=2. عندئذ sin μ=1/2، أي μ=30°. هذا نموذجنا الهندسي؛ ليس قياسًا لموجة صدمة طائرة حقيقية.

الرسم لقطة في زمن واحد، في حين تستمر المواضع والجبهات في الانتقال. لا ننسب الدوي إلى سحابة بيضاء، ولا نستعمل زاوية هذا النموذج وحدها لحساب شدة الضغط.

تاريخ موثق وصورة لا تكفي للقياس

يسرد تاريخ ناسا رحلة 14 أكتوبر 1947 التي قاد فيها تشاك ييغر الطائرة X-1. يتتبع تجاوز ماخ 1 بعد بدء الاستواء، ويذكر طيرانًا سلسًا دون فقدان التحكم. ^[4] هذا الوصف أدق من تعميم «أول حركة فوق صوتية» على كل جسم وكل حالة.

وتناقش دراسة ناسا الأصلية أثر الرطوبة في اختبارات النفق؛ تشير إلى تكثيف قرب مناطق تمدد محلية وإلى بيانات عند سرعات دون صوتية مرتفعة. ^[5]

نستدل من ذلك بحذر: وجود تكثيف مرئي وحده لا يعطينا عدد ماخ لطائرة في صورة. نحتاج سرعة بالنسبة إلى الهواء وظروف الوسط؛ الدراسة ليست تقريرًا عن الصورة نفسها.

عند قراءة خبر أو صورة، افصل ثلاثة أسئلة: ما السرعة المقاسة؟ متى وصلت موجة الضغط إلى السامع؟ وما الذي يمثله المشهد المرئي؟ هذه الأسئلة تحول الاسم الشائع إلى وصف قابل للفحص.