İnsanlar çağlar boyunca hızdan büyülenmişlerdir.
İnsanlık tarihi çok hızlı bir şekilde gelişen bir süreçtir
ve bu tarihi yarıştaki en önemli başarılardan biri
ses bariyerini geçmekti.
İlk başarılı uçuşlardan kısa bir süre sonra,
pilotlar uçaklarını daha da hızlı gitmeye zorlamak istediler.
Ama onlar zorladıkça artan türbülans ve uçak üstündeki büyük kuvvetler,
daha fazla hızlanmalarına engel oldu.
Bazıları bu sorunu engellemek için riskli dalışlar yaptı
ve bazen trajik sonuçları oldu.
Sonunda 1947 yılında, hareketli yatay stabilizatör
ve tam hareketli kuyruk gibi tasarım geliştirmelerinin de yardımıyla,
Amerikalı askeri pilot Chuck Yeager,
Bell X-1 uçağını saatte 1127 kilometre hızla uçurarak
ses bariyerini kıran ve ses hızından daha hızlı seyahat eden ilk kişi oldu.
Bell X-1 uçağı, ilk süpersonik hava araçlarından biriydi.
Onu, hızı Mach 3'ü geçebilen uçaklar takip etti.
Süpersonik hızlarda giden uçaklar, bir şok dalgası ve bununla birlikte
gök gürültüsü sesine benzer bir sonik patlama yaratırlar.
Bu patlama, karadaki insanların ve hayvanların korkmasına sebep olabilir
ve hatta binalara bile zarar verebilir.
Bu yüzden,
dünya genelindeki bilim insanları sonik patlamaları inceliyor
ve atmosferdeki rotalarını, nereye ineceklerini
ve ne kadar yüksek bir ses çıkaraklarını tahmin etmeye çalışıyorlar.
Bilim insanlarının sonik patlamalara dair nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için
ilk olarak sesin temellerinden başlayalım.
Durgun bir gölete ufak bir taş attığınızı hayal edin.
Ne görüyorsunuz?
Taş, her yöne aynı hızda ilerleyen dalgaların oluşmasına sebep oluyor.
Gittikçe büyüyen bu dairelere dalga cephesi denir.
Benzer olarak, biz göremesek bile
ev stereo sistemi gibi sabit ses sistemleri de
dışarı yayılan ses dalgaları yaratır.
Bu dalgaların hızı,
araçların ilerlediği yükseklik veya hava sıcaklığı gibi bazı faktörlere bağlıdır.
Ses deniz seviyesinde saatte yaklaşık 1225 kilometre hızla hareket eder.
Fakat dalga cepheleri, iki boyutlu düzlemdeki daireler yerine
ortak merkezli küreler halinde yayılırlar.
Ses de bu dalgalara dik olarak hareket eder.
Hareket halindeki bir ses kaynağını düşünelim.
Örneğin bir tren düdüğü.
Ses kaynağı belirli bir yönde hareket ettikçe
önündeki ardışık dalgalar birbirlerine yaklaşacaktır.
Bu yüksek yüksek dalga frekansı meşhur Doppler etkisine sebep olur
ve yaklaşan objelerin sesi daha tiz duyulur.
Ama ses kaynağı ses dalgalarından daha yavaş hareket ettiği sürece,
dalgalar iç içe oluşurlar.
Ama eğer bir nesne süpersonik olursa yani yarattığı sesten daha hızlıysa
o zaman işler tamamen değişir.
Yaydığı dalgaları geçtikçe
ve bulunduğu noktadan yeni dalgalar oluşturmaya devam ettikçe
dalgalar bir araya gelir ve bir mach konisi oluştururlar.
Gözlemciye varana dek hiçbir ses duyulmaz
çünkü nesne yarattığı sesten daha hızlı ilerlemektedir.
Gözlemciyi geçtikten hemen sonra ise sonik patlama duyulur.
Mach konisi zemine ulaştığı noktada bir hiperbol oluşturur
ve ileri doğru hareket ettikçe patlama halısı denen bir iz bırakır.
Bu da, konik patlama tarafından etkilenen alanın tespit edilmesini sağlar.
Peki konik patlamanın ne kadar güçlü olabileceğini nasıl anlarız?
Bu işlem süpersonik hava aracının etrafındaki havanın basıncını bulmak için
ünlü Navier-Stokes denklemini çözmeyi gerektirir.
Bu N-dalgası denilen basınç şekli ile sonuçlanır.
Peki bu şeklin anlamı nedir?
Konik patlama basınçtaki ani değişim sonucu oluşur
ve N dalgası iki patlama içerir:
biri uçağın burnundaki ani basınç artışı,
diğeri ise kuyruğun geçişiyle basıncın normale dönüşü.
Bu durum iki patlamaya neden olur
ama insan kulağı bunu genellikle tek patlama olarak duyar.
Bilgisayarlar bu ilkeleri kullanarak modelleme yapabilir,
belirli yörünge ve atmosfer koşullarındaki konik patlamaların
yerini ve şiddetini hesaplayabilir.
Hâlen etkilerini azaltmak için çalışmalar yapılıyor.
Günümüzde, yere yakın süpersonik uçuş yapmak yasak.
Peki sonik patlamalar yeni bir buluş mu?
Pek sayılmaz.
Biz, onları susturmak için bir yol bulmaya çalışırken
bazı hayvanlar da sonik patlamaları bir avantaj olarak kullanıyor.
Dev diplodocuslar kuyruklarını sesten daha hızlı bir şekilde,
saatte 1200 kilometre hızla şaklatarak yırtıcı hayvanları uzaklaştırabilirler.
Bazı karides türleri de su altında benzer bir şok dalgası yaratarak
avlarını sersemletebilirler ve hatta belirli bir mesafeden
bir kıskaç şaklatmasıyla öldürebilirler.
Biz insanlar devamlı hız peşinde koştuğumuz bu arayışta
çok iyi ilerleme göstersek de
meğerse doğa bizden önce zaten oradaymış.