1
00:00:06,476 --> 00:00:10,513
Скорость веками завораживала человека.

2
00:00:10,513 --> 00:00:14,746
Развитие человечества связано
с постоянным ростом скоростей,

3
00:00:14,746 --> 00:00:18,611
и одним из важнейших достижений
в этой исторической гонке

4
00:00:18,611 --> 00:00:21,503
стало преодоление звукового барьера.

5
00:00:21,503 --> 00:00:24,871
Вскоре после первых полётов

6
00:00:24,871 --> 00:00:29,713
пилоты начали всё сильнее и сильнее
разгонять свои самолёты.

7
00:00:29,823 --> 00:00:32,385
Это приводило к увеличению турбулентности,

8
00:00:32,385 --> 00:00:37,518
а также сил сопротивления,
мешавших дальнейшему ускорению.

9
00:00:37,548 --> 00:00:41,067
Некоторые пытались обойти проблему,
предпринимая опасные манёвры,

10
00:00:41,237 --> 00:00:43,355
которые часто заканчивались трагично.

11
00:00:43,795 --> 00:00:47,380
Наконец в 1947 году
такие конструктивные улучшения,

12
00:00:47,510 --> 00:00:51,842
как цельноповоротный хвост —
подвижный горизонтальный стабилизатор,

13
00:00:52,022 --> 00:00:55,351
позволили пилоту ВВС США Чаку Йегеру

14
00:00:55,521 --> 00:01:03,681
разогнать летательный аппарат Bell X-1
до скорости 1127 км/ч.

15
00:01:03,721 --> 00:01:06,924
Он стал первым человеком, 
преодолевшим звуковой барьер

16
00:01:06,924 --> 00:01:09,720
и двигавшимся быстрее скорости звука.

17
00:01:09,720 --> 00:01:13,359
Bell X-1 был первой ласточкой среди
сверхзвуковых летательных аппаратов,

18
00:01:13,929 --> 00:01:17,593
а дальнейшие доработки позволили ему
достичь скоростей выше трёх Махов.

19
00:01:17,913 --> 00:01:21,433
Летя на сверхзвуковой скорости,
аппарат создаёт ударную волну

20
00:01:21,573 --> 00:01:25,322
с громоподобным грохотом,
известным как звуковой удар,

21
00:01:25,682 --> 00:01:28,859
который способен нанести ущерб
людям и животным на земле

22
00:01:28,869 --> 00:01:30,580
и даже повредить строения.

23
00:01:30,820 --> 00:01:31,911
По этой причине

24
00:01:31,911 --> 00:01:35,345
учёные всего мира
изучают звуковые удары,

25
00:01:35,345 --> 00:01:37,788
пытаясь предугадать
их траекторию в атмосфере,

26
00:01:37,788 --> 00:01:41,211
место приземления и громкость.

27
00:01:42,191 --> 00:01:45,140
Чтобы лучше понять, как учёные это делают,

28
00:01:45,140 --> 00:01:47,708
давайте сначала разберёмся,
что такое звук.

29
00:01:48,038 --> 00:01:51,671
Представьте, что бросаете
камешек в тихий пруд.

30
00:01:51,791 --> 00:01:53,037
Что вы видите?

31
00:01:53,177 --> 00:01:55,875
Камень вызывает волны,
которые расходятся по воде

32
00:01:55,875 --> 00:01:58,670
со скоростью, одинаковой
во всех направлениях.

33
00:01:58,670 --> 00:02:02,637
Эти увеличивающиеся в диаметре круги
называются волновые фронты.

34
00:02:02,637 --> 00:02:05,654
И хотя мы этого не видим,

35
00:02:05,904 --> 00:02:09,307
неподвижный источник звука,
к примеру, домашняя аудиосистема,

36
00:02:09,307 --> 00:02:12,199
также создаёт расходящиеся звуковые волны.

37
00:02:12,199 --> 00:02:14,330
Скорость волн зависит от ряда факторов,

38
00:02:14,330 --> 00:02:17,860
таких как высота и температура
окружающего воздуха.

39
00:02:17,880 --> 00:02:23,683
Скорость звука на уровне моря
приблизительно равна 1225 км/ч.

40
00:02:24,463 --> 00:02:27,290
Но в отличие от кругов
на плоской поверхности,

41
00:02:27,290 --> 00:02:30,732
волновые фронты в этом случае —
концентрические сферы,

42
00:02:30,732 --> 00:02:34,451
где звук движется вдоль лучей,
перпендикулярных волнам.

43
00:02:35,451 --> 00:02:39,726
Представьте подвижный источник звука,
например, гудок поезда.

44
00:02:40,076 --> 00:02:42,874
Когда источник движется
в определённом направлении,

45
00:02:42,904 --> 00:02:47,566
ряд волн впереди него уплотняется.

46
00:02:47,566 --> 00:02:52,356
Увеличенная частота волн —
причина знаменитого эффекта Доплера,

47
00:02:52,636 --> 00:02:55,729
когда звук объектов кажется выше
с их приближением.

48
00:02:55,729 --> 00:02:59,927
Но пока источник звука движется
медленнее, чем сами звуковые волны,

49
00:02:59,927 --> 00:03:02,756
они остаются вложенными друг в друга.

50
00:03:02,966 --> 00:03:07,771
При переходе объекта на сверхзвук,
движение быстрее создаваемого звука,

51
00:03:07,771 --> 00:03:10,597
картина резко меняется.

52
00:03:10,597 --> 00:03:13,200
Как только объект обгоняет
выпущенные звуковые волны,

53
00:03:13,200 --> 00:03:15,702
одновременно создавая новые
из текущего положения,

54
00:03:15,702 --> 00:03:19,820
они схлопываются, формируя конус Маха.

55
00:03:19,820 --> 00:03:22,808
Наблюдатель не слышит ни звука
при приближении конуса,

56
00:03:22,808 --> 00:03:27,538
потому что источник движется быстрее,
чем звук, который он создаёт.

57
00:03:27,538 --> 00:03:32,001
Только когда объект пронесётся мимо,
мы услышим звуковой удар.

58
00:03:33,181 --> 00:03:37,007
В месте пересечения конуса Маха с землёй
образуется гипербола,

59
00:03:37,007 --> 00:03:41,306
которая, двигаясь вперёд, оставляет след,
известный как звуковой ковёр.

60
00:03:41,306 --> 00:03:46,253
Это позволяет определить область,
подвергшуюся звуковому удару.

61
00:03:46,253 --> 00:03:49,303
А как вычислить его возможную силу?

62
00:03:49,303 --> 00:03:52,869
Для этого требуется решить знаменитую
систему уравнений Навье — Стокса,

63
00:03:52,869 --> 00:03:56,265
чтобы найти изменение давления в воздухе,

64
00:03:56,265 --> 00:03:59,516
вызванное перемещением в нём
сверхзвукового летательного аппарата.

65
00:03:59,516 --> 00:04:03,853
В результате получают сигнатуру давления,
известную как N-образная волна.

66
00:04:03,853 --> 00:04:05,483
Что означает такая форма?

67
00:04:05,483 --> 00:04:09,506
Звуковой удар возникает
при внезапном изменении давления,

68
00:04:09,506 --> 00:04:11,918
и N-образная волна описывает два удара:

69
00:04:11,918 --> 00:04:15,247
первый — при изначальном росте
давления у носовой части аппарата,

70
00:04:15,247 --> 00:04:18,349
а второй — после прохождения
хвостовой части

71
00:04:18,349 --> 00:04:21,017
и внезапного возвращения давления
к нормальным значениям.

72
00:04:21,017 --> 00:04:23,130
Из-за этого происходит два хлопка,

73
00:04:23,130 --> 00:04:26,636
но человеческое ухо
обычно воспринимает их как один.

74
00:04:26,636 --> 00:04:29,878
На практике компьютерные модели,
использующие эти принципы,

75
00:04:29,878 --> 00:04:34,023
часто могут предсказать место появления
и интенсивность звуковых ударов

76
00:04:34,023 --> 00:04:37,626
для данных атмосферных условий
и траектории полёта,

77
00:04:37,626 --> 00:04:40,738
и ведутся поиски способов
снизить вред от ударов.

78
00:04:40,738 --> 00:04:45,809
А пока сверхзвуковые полёты над землёй
остаются под запретом.

79
00:04:45,809 --> 00:04:48,572
Являются ли звуковые удары чем-то новым?

80
00:04:48,572 --> 00:04:50,088
Не совсем.

81
00:04:50,088 --> 00:04:52,516
Пока мы ищем способы заглушить их,

82
00:04:52,516 --> 00:04:56,045
некоторые животные издавна используют
звуковые удары себе на пользу.

83
00:04:56,045 --> 00:05:00,816
Гигантский диплодок, похоже,
мог щёлкать своим хвостом быстрее звука,

84
00:05:00,816 --> 00:05:07,237
со скоростью свыше 1200 км/ч,
возможно, для отпугивания хищников.

85
00:05:07,937 --> 00:05:12,437
Некоторые разновидности креветок тоже
могут создавать ударные волны под водой,

86
00:05:12,437 --> 00:05:16,163
оглушая или даже убивая жертву
на расстоянии

87
00:05:16,163 --> 00:05:19,733
одним щелчком своей огромной клешни.

88
00:05:19,733 --> 00:05:22,203
Так что хотя мы, люди,
и достигли большого прогресса

89
00:05:22,203 --> 00:05:24,853
в нашей неустанной погоне за скоростью,

90
00:05:24,853 --> 00:05:27,413
как оказывается, природа была быстрей.