في 14 تشرين الأول 1947، تم إسقاط طائرة صغيرة من نوع صاروخي تسمى Bell X-1 من طائرة كبيرة من طراز B-29.
وأطلق حينها الكابتن تشاك ييغر محرك X-1 وتم تسريعه متجاوزًا حاجز الصوت ليصبح أول رجل يسافر بسرعة أكبر من سرعة الصوت.
وتُعرف السرعة التي ينتقل بها الصوت باسم حاجز الصوت أو جدار الصوت. في الواقع، تختلف سرعة الموجة الصوتية باختلاف درجة الحرارة وكثافة الهواء، حيث تزيد حوالي 0.6 م/ث لكل زيادة في درجة الحرارة درجة مئوية. عند 68 درجة فهرنهايت، تبلغ سرعة الصوت حوالي 343 م/ث أو 767 ميلاً في الساعة عند مستوى سطح البحر.
لماذا تسمى هذه السرعة بـ "حاجز الصوت" أو "جدار الصوت"؟
تصدر الطائرة صوتًا يخرج منها في كل الاتجاهات. تتزاحم الموجات المنتشرة أمام الطائرة مع بعضها البعض بسبب حركة الطائرة. ومع اقتراب الطائرة من سرعة الصوت، تتراكم "موجات" ضغط الصوت فوق بعضها البعض مما يؤدي إلى ضغط الهواء.
ويؤثر الهواء الموجود أمام الطائرة بقوة على الطائرة مما يعيق حركتها.
عندما تقترب الطائرة من سرعة الصوت، فإنها تقترب من حاجز الضغط غير المرئي الذي تشكله الموجات الصوتية التي تسبق الطائرة مباشرة.
ويؤثر الهواء المضغوط الموجود أمام الطائرة بقوة أكبر بكثير من القوة المعتادة على الطائرة.
ويصبح هناك زيادة ملحوظة في السحب الديناميكي الهوائي على الطائرة في هذه المرحلة، ومن هنا جاءت فكرة اختراق "حاجز الصوت".
عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت يقال إنها أسرع من الصوت. وفي كثير من الأحيان يشار إلى السرعات الأسرع من الصوت من حيث رقم ماخ.
ورقم ماخ هو سرعة الجسم مقسومة على سرعة الصوت. وبالتالي فإن سرعة Mach 3 تعني ثلاثة أضعاف سرعة الصوت.
تخيل قاربًا يسافر عبر الماء. يدفع القارب الماء وتخرج قمة موجة من مقدمة القارب وتنتشر عبر البحيرة. تشبه هذه الموجة القوسية المخروطية المرئية على سطح الماء، والتي تسمى واجهة الموجة، دوي الطائرة الصوتي.
عندما تحلق طائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت، يشكل ضغط الصوت مخروطًا أو كوزاً (cone) في مقدمة الطائرة. فكر في طائرة أسرع من الصوت تحلق باتجاهك بينما تنظر إليها من الأرض. في البداية، لا تسمع شيئًا لأن الطائرة تتحرك بشكل أسرع من الصوت نفسه، ولكن عندما يصل مخروط ضغط الصوت إلى أذنك تسمع صوتا يشبه صوت الانفجار.
ويتسبب الجسم الذي ينتقل عبر الهواء في تراكم طاقة الموجات الصوتية على طول خط مخروطي الشكل (مثل الموجة القوسية للقارب) يسمى جبهة الموجة.
ومع تراكم هذه الموجات، يصبح هناك فرق كبير جدًا في الضغط عبر مقدمة الموجة، وهو ما يسمى بـ"موجة الصدمة". عندما تمر جبهة الموجة هذه بالفرد، فإن فرق الضغط المفاجئ أو التغير في الضغط يخلق "الطفرة الصوتية" التي نسمعها.
وأي شيء يتجاوز سرعة الصوت يخلق "دويًا صوتيًا"، وليس الطائرات فقط.
يمكن لطائرة أو رصاصة أو طرف السوط أن تخلق هذا التأثير؛ كلها تنتج صدعًا. ويمكن أن يكون تغيير الضغط الناتج عن الطفرة الصوتية ضارًا للغاية.
وفي حالة الطائرات، فمن المعروف أن موجات الصدمة تؤدي أحياناً إلى تحطيم النوافذ في المباني.
المصدر