A cosa pensiamo quando sentiamo l'espressione "barriera del suono"? Un certo limite e barriera, il superamento che può pregiudicare gravemente l'udito e il benessere. Solitamente, la barriera del suono è associata alla conquista dello spazio aereo e alla professione di pilota.
Il superamento di questa barriera può provocare lo sviluppo di malattie croniche, sindromi dolorose e reazioni allergiche. Queste percezioni sono corrette o sono stereotipi? Hanno una base di fatto? Cos'è una barriera del suono? Come e perché si verifica? Tutto questo e alcune sfumature aggiuntive, oltre a fatti storici legati a questo concetto, cercheremo di scoprirlo in questo articolo.
Questa misteriosa scienza è l'aerodinamica
Nella scienza dell'aerodinamica, pensata per spiegare i fenomeni che accompagnano il movimento di un
aereo, c'è il concetto di "barriera del suono". Questa è una filafenomeni che si verificano durante il movimento di velivoli supersonici o missili che si muovono a velocità prossime a quella del suono o superiori.
Cos'è un'onda d'urto?
Durante il flusso supersonico attorno all'apparato, nella galleria del vento si genera un'onda d'urto. Le sue tracce possono essere viste anche ad occhio nudo. A terra sono contrassegnati da una linea gialla. Fuori dal cono dell'onda d'urto, davanti alla linea gialla, a terra, l'aereo non è nemmeno udibile. Ad una velocità superiore al suono, i corpi sono soggetti a un flusso attorno al flusso sonoro, che comporta un'onda d'urto. Potrebbe essercene più di uno, a seconda della forma del corpo.
Trasformazione dell'onda d'urto
Il fronte dell'onda d'urto, che a volte viene chiamata onda d'urto, ha uno spessore piuttosto piccolo, che tuttavia permette di tracciare i bruschi cambiamenti nelle proprietà del flusso, una diminuzione della sua velocità rispetto a il corpo e un corrispondente aumento della pressione e della temperatura del gas nel flusso. In questo caso, l'energia cinetica viene parzialmente convertita nell'energia interna del gas. Il numero di questi cambiamenti dipende direttamente dalla velocità del flusso supersonico. Quando l'onda d'urto si allontana dall'apparecchio, le cadute di pressione diminuiscono e l'onda d'urto viene convertita in suono. Può raggiungere un osservatore esterno che sentirà un suono caratteristico simile a un'esplosione. C'è un'opinione secondo cui questo indica che il dispositivo ha raggiunto la velocità del suono, quando la barriera del suono viene lasciata indietro dall'aereo.
Cosa sta succedendo davvero?
Il cosiddetto momentoil superamento della barriera del suono in pratica è il passaggio di un'onda d'urto con un rombo crescente di motori aeronautici. Ora l'unità è in anticipo rispetto al suono di accompagnamento, quindi si sentirà il ronzio del motore dopo di essa. Durante la seconda guerra mondiale è diventato possibile avvicinare la velocità dell'aereo alla velocità del suono, ma allo stesso tempo i piloti hanno notato segnali di allarme durante il funzionamento dell'aeromobile.
Dopo la fine della guerra, molti progettisti e piloti di aerei hanno cercato di raggiungere la velocità del suono e di rompere la barriera del suono, ma molti di questi tentativi si sono conclusi tragicamente. Gli scienziati pessimisti hanno sostenuto che questo limite non poteva essere superato. Non in modo sperimentale, ma scientifico, è stato possibile spiegare la natura del concetto di "barriera del suono" e trovare il modo per superarlo.
Raccomandazioni dedotte per un volo sicuro
Voli sicuri a velocità transonica e supersonica sono possibili se si evita una crisi d'onda, il cui verificarsi dipende dai parametri aerodinamici dell'aeromobile e dall' altitudine del volo. Le transizioni da un livello di velocità all' altro dovrebbero essere eseguite il più rapidamente possibile utilizzando il postbruciatore, che aiuterà a evitare un lungo volo nella zona di crisi delle onde. La crisi delle onde come concetto proveniva dal trasporto via acqua. Sorse al momento del movimento delle navi a una velocità vicina alla velocità delle onde sulla superficie dell'acqua. Entrare in una crisi delle onde comporta la difficoltà di aumentare la velocità, e se è il più semplice possibile superare la crisi delle onde, allora puoi raggiungeremodalità planante o scorrevole sulla superficie dell'acqua.
Cronologia nel controllo dell'aeromobile
La prima persona a raggiungere una velocità di volo supersonica su un aereo sperimentale è il pilota americano Chuck Yeager. Il suo successo è annotato nella storia il 14 ottobre 1947. Sul territorio dell'URSS, la barriera del suono fu superata il 26 dicembre 1948 da Sokolovsky e Fedorov, che pilotarono un combattente esperto.
Degli aerei civili, la nave passeggeri Douglas DC-8 è stata la prima a rompere la barriera del suono, che il 21 agosto 1961 ha raggiunto una velocità di 1.012 Mach, o 1262 km/h. La missione era raccogliere dati per la progettazione delle ali. Tra gli aerei, il record mondiale è stato stabilito da un missile aerobalistico ipersonico aria-terra, in servizio con l'esercito russo. Ad un' altitudine di 31,2 chilometri, il razzo ha raggiunto una velocità di 6389 km/h.
50 anni dopo aver infranto la barriera del suono nell'aria, l'inglese Andy Green ha ottenuto un risultato simile in macchina. In caduta libera, ha provato a battere il record l'americano Joe Kittinger, che ha conquistato un' altezza di 31,5 chilometri. Oggi, 14 ottobre 2012, Felix Baumgartner ha stabilito un record mondiale, senza l'ausilio di un veicolo, in caduta libera da un' altezza di 39 chilometri, rompendo la barriera del suono. Allo stesso tempo, la sua velocità raggiunse i 1342,8 chilometri orari.
La rottura più insolita della barriera del suono
Strano da pensare, ma la prima invenzione al mondo,a superare questo limite, fu la solita frusta, inventata dagli antichi cinesi quasi 7mila anni fa. Quasi fino all'invenzione della fotografia istantanea nel 1927, nessuno sospettava che lo schiocco di una frusta fosse un boom sonico in miniatura. Un forte swing forma un anello e la velocità aumenta bruscamente, il che conferma il clic. La barriera del suono viene superata ad una velocità di circa 1200 km/h.
Il mistero della città più rumorosa
Non c'è da stupirsi che gli abitanti delle piccole città siano scioccati quando vedono la capitale per la prima volta. L'abbondanza di trasporti, centinaia di ristoranti e centri di intrattenimento confondono e turbano. L'inizio della primavera nella capitale è solitamente datato aprile, non la ribelle bufera di neve marzo. Ad aprile il cielo è sereno, i ruscelli scorrono e le gemme si aprono. La gente, stanca del lungo inverno, spalanca le finestre verso il sole e il rumore della strada irrompe nelle case. Gli uccellini cinguettano assordanti per strada, gli artisti cantano, gli studenti allegri recitano poesie, per non parlare del rumore negli ingorghi e nella metropolitana. I dipendenti dei dipartimenti di igiene notano che non è salutare rimanere a lungo in una città rumorosa. Il sottofondo sonoro della capitale è costituito da trasporti, aria, rumori industriali e domestici. Il più dannoso è solo il rumore delle auto, poiché gli aerei volano abbastanza in alto e il rumore delle imprese si dissolve nei loro edifici. Il ronzio costante delle auto su autostrade particolarmente trafficate supera due volte tutte le norme consentite. Come si supera la barriera del suono nella capitale? Mosca è pericolosa a causa dell'abbondanza di suoni, quindi i residenti della capitale stanno installando finestre con doppi vetri per attutire il rumore.
Come viene violata la barriera del suono?
Fino al 1947 non c'erano dati reali sul benessere di una persona nella cabina di pilotaggio di un aereo che vola più veloce del suono. Come si è scoperto, rompere la barriera del suono richiede una certa forza e coraggio. Durante il volo diventa chiaro che non ci sono garanzie di sopravvivenza. Anche un pilota professionista non può dire con certezza se il design dell'aereo resisterà all'attacco degli elementi. In pochi minuti, l'aereo può semplicemente andare in pezzi. Cosa spiega questo? Va notato che il movimento a velocità subsonica crea onde acustiche che si disperdono come cerchi da una pietra caduta. La velocità supersonica eccita le onde d'urto e una persona in piedi a terra sente un suono simile a un'esplosione. Senza computer potenti, era difficile risolvere equazioni differenziali complesse e si doveva fare affidamento su modelli di soffiaggio nelle gallerie del vento. A volte, con un'accelerazione insufficiente dell'aereo, l'onda d'urto raggiunge una forza tale che le finestre volano fuori dalle case su cui vola l'aereo. Non tutti saranno in grado di superare la barriera del suono, perché in questo momento l'intera struttura trema, i fissaggi dell'apparato possono subire danni significativi. Pertanto, una buona salute e stabilità emotiva sono così importanti per i piloti. Se il volo è regolare e la barriera del suono viene superata il più rapidamente possibile, né il pilota né i possibili passeggeri proveranno sensazioni particolarmente spiacevoli. Soprattutto per la conquista della barriera del suono, nel gennaio 1946 fu costruito un aereo da ricerca. La creazione della macchina è stataavviato per ordine del Ministero della Difesa, ma al posto delle armi, era imbottito di apparecchiature scientifiche che monitoravano il funzionamento di meccanismi e dispositivi. Questo aereo era come un moderno missile da crociera con un motore a razzo integrato. L'aereo ha rotto la barriera del suono a una velocità massima di 2736 km/h.
Monumenti verbali e materiali alla conquista della velocità del suono
I risultati ottenuti nell'infrangere la barriera del suono sono oggi molto apprezzati. Quindi, l'aereo su cui Chuck Yeager lo ha superato per la prima volta è ora in mostra al National Air and Space Museum, che si trova a Washington. Ma i parametri tecnici di questa invenzione umana varrebbero poco senza i meriti del pilota stesso. Chuck Yeager ha frequentato una scuola di volo e ha combattuto in Europa, dopodiché è tornato in Inghilterra. L'ingiusta sospensione dal volo non spezzò lo spirito di Yeager e ottenne un appuntamento con il comandante in capo delle truppe d'Europa. Negli anni rimanenti prima della fine della guerra, Yeager ha partecipato a 64 sortite, durante le quali ha abbattuto 13 aerei. Chuck Yeager tornò in patria con il grado di capitano. Le sue caratteristiche indicano un'intuizione fenomenale, un'incredibile compostezza e resistenza in situazioni critiche. Più di una volta, Yeager ha stabilito record sul suo aereo. La sua carriera successiva è stata nell'Air Force, dove ha addestrato i piloti. L'ultima volta che Chuck Yeager ha infranto la barriera del suono aveva 74 anni, nel cinquantesimo anniversario della sua storia di volo e nel 1997.
Compiti complessi dei creatori di aereidispositivi
Il famoso velivolo MiG-15 ha iniziato a essere creato nel momento in cui gli sviluppatori si sono resi conto che era impossibile basarsi solo sulla rottura della barriera del suono, ma problemi tecnici complessi dovrebbero essere risolti. Di conseguenza, una macchina è stata creata con un tale successo che le sue modifiche sono state adottate da diversi paesi. Diversi uffici di progettazione diversi entrarono in una sorta di lotta competitiva, il cui premio era un brevetto per l'aereo di maggior successo e funzionale. Sviluppò velivoli con ali spiegate, che fu una rivoluzione nel loro design. L'apparato ideale dovrebbe essere potente, veloce e incredibilmente resistente a qualsiasi danno esterno. Le ali spazzate dell'aereo sono diventate un elemento che li ha aiutati a triplicare la velocità del suono. Inoltre, la velocità del velivolo ha continuato ad aumentare, il che è stato spiegato da un aumento della potenza del motore, dall'uso di materiali innovativi e dall'ottimizzazione dei parametri aerodinamici. Infrangere la barriera del suono è diventato possibile e reale anche per un non professionista, ma per questo non diventa meno pericoloso, quindi qualsiasi ricercatore estremo dovrebbe valutare saggiamente i suoi punti di forza prima di decidere un tale esperimento.
