האנושות היתה מוקסמת ממהירות במשך עידנים.
ההסטוריה של ההתקדמות האנושית היא אחת של מהירות מתגברת,
ואחד מההשגים הכי חשובים במרוץ ההסטורי הזה
היה שבירת מחסום הקול.
לא הרבה אחרי הטיסות המוצלחות הראשונות,
טייסים היו להוטים לדחוף את המטוסים שלהם לטוס מהר יותר ויותר.
אבל כשהם עשו זאת, מערבולות מתגברות
וכוחות גדולים על המטוס מנעו מהם להאיץ יותר.
כמה ניסו לעקוף את הבעיה דרך צלילות מסוכנות,
שהרבה פעמים הסתיימו בטרגדיות.
לבסוף, ב 1947, שיפורי עיצוב,
כמו מייצבים אופקיים נעים, הזנב הנע כולו,
אפשרו לטייס הצבא האמריקאי צ'אק ייגר
להטיס את מטוס הבל X-1 במהירות של 1127 קמ"ש,
ולהפוך לאדם הראשון לשבור את מחסום הקול
ולנוע מהר ממהירות הקול.
הבל X-1 היה הראשון בין הרבה מטוסים על קוליים אחריו,
עם עיצובים מאוחרים יותר שמגיעים למהירות של יותר ממאך שלוש.
מטוסים הנעים במהירות על קוליות יוצרים גל הלם
עם רעש דמוי רעם שידוע כבום על קולי,
שיכול לגרום לחץ לאנשים וחיות מתחת
או אפילו להזיק לבניינים.
מהסיבה הזו,
מדענים מסביב לעולם חקרו בומים על קוליים,
בניסיון לחזות את הנתיב שלהם באטמוספירה,
היכן הם יפגעו, וכמה חזקים הם יהיו.
כדי להבין טוב יותר איך מדענים חוקרים בומים על קוליים,
בואו נתחיל עם העקרונות הבסיסיים של צליל.
דמיינו זריקת אבן קטנה לבריכה שקטה.
מה תראו?
האבן גורמת לגלים לנוע במים
באותה מהירות בכל כיוון.
העיגולים האלה שממשיכים לגדול ברדיוס נקראים חזית הגל.
בדומה, למרות שאנחנו לא רואים אותם,
מקור קול נייח, כמו מערכת סטראו ביתית,
יוצר גלי קול שנעים החוצה.
המהירות של הגלים האלה תלויה בגורמים
כמו הגובה והטמפרטורה של האויר דרכו הם נעים.
בגובה פני הים, קול נע בערך ב 1225 קמ"ש.
אבל במקום עיגולים על משטח דו מימדי,
חזיתות הגלים הן עכשיו כדורים קונצנטריים,
עם הקול שנע לאורך קרניים שניצבות לגלים האלה.
עכשיו דמיינו מקור קול נע, כמו שריקת רכבת.
כשהמקור ממשיך להתקדם בכיוון מסוים,
הגלים הבאים לפניו יתצטופפו לפניו.
תדירות הגלים הגבוהה יותר היא הגורם לאפקט דופלר המפורסם,
בו עצמים מתקרבים נשמעים עם גובה צליל גבוה יתר.
אבל כל עוד המקור נע לאט יותר מגלי הקול עצמם,
הם ישארו מקוננים אחד בתוך השני.
זה כשהעצם נע במהירות על קולית, נע מהר מהקול שהוא יוצר,
שהתמונה משתנה דרמטית.
כשהוא עוקף גלי קול שהוא עצמו יצר,
בעודו מייצר חדשים מהמיקום הנוכחי שלו,
הגלים נלחצים יחד, ויוצרים את חרוט המאך.
אף צליל לא נשמע כשהוא מתקרב לצופה
מפני שהאובייקט נע מהר יותר מהקול שהוא יוצר.
רק אחרי שהוא עובר הצופה ישמע את הבום העל קולי.
במקום בו חרוט המאך פוגש את האדמה, הוא יוצר היפרבולה,
ומשאיר שובל הידוע בשטיח הבום כשהוא נע קדימה.
זה עושה את זה לאפשרי לקבוע את האזור שמושפע על ידי הבום העל קולי.
מה עם להבין כמה חזק הבום העל קולי יהיה?
זה כולל את פתירת משוואות נבייר סטוקס המפורסמות
כדי למצוא את השתנות הלחץ באויר
בשל המטוס העל קולי שנע דרכו.
התוצאה היא חתימת לחץ שידועה כגל N.
מה המשמעות של הצורה הזו?
ובכן, הבום העל קולי מתרחש כשיש שינוי פתאומי בלחץ,
וגלי ה N כוללים שני בומים:
אחד לעליית הלחץ הראשונית באף של המטוס,
ונוספת כשהזנב עובר,
והלחץ פתאום חוזר לנורמלי.
זה גורם לבום כפול,
אבל זה בדרך כלל נשמע כבום יחיד לאוזני האנשים.
למעשה, מודלים ממוחשבים שמשתמשים בעיקרון הזה
יכולים הרבה פעמים לחזות את המיקום והעוצמה של בומים על קוליים
עבור מצבים אטמוספריים ולנתונים עם כיווני טיסה,
ויש מחקר מתמשך למתן את השפעות האלו.
בינתיים, טיסה על קולית מעל האדמה נשארת אסורה.
אז, האם בומים על קוליים הם יצירה עדכנית?
לא בדיוק.
בעוד אנחנו מנסים למצוא דרכים להשתיק אותם,
חיות אחרות השתמשו בבומים על קוליים לתועלתן.
הדיפלודוקוס העצום היה אולי מסוגל להצליף בזנבו
מהר ממהירות הקול, מעל 1200 קמ"ש, כנראה כדי להרתיע טורפים.
כמה מינים של שרימפס יכולים ליצור גל הלם דומה במים,
ולהמם או אפילו להרוג טרף ממרחק
עם הקשה בצבתם הענקית.
אז בעוד אנחנו האנשים התקדמנו הרבה
במרדף חסר המנוח שלנו אחרי המהירות,
מסתבר שהטבע היה שם קודם.