Проблема звукового удара — Катерина Каури
-
0:06 - 0:11Скорость веками завораживала человека.
-
0:11 - 0:15Развитие человечества связано
с постоянным ростом скоростей, -
0:15 - 0:19и одним из важнейших достижений
в этой исторической гонке -
0:19 - 0:22стало преодоление звукового барьера.
-
0:22 - 0:25Вскоре после первых полётов
-
0:25 - 0:30пилоты начали всё сильнее и сильнее
разгонять свои самолёты. -
0:30 - 0:32Это приводило к увеличению турбулентности,
-
0:32 - 0:38а также сил сопротивления,
мешавших дальнейшему ускорению. -
0:38 - 0:41Некоторые пытались обойти проблему,
предпринимая опасные манёвры, -
0:41 - 0:43которые часто заканчивались трагично.
-
0:44 - 0:47Наконец в 1947 году
такие конструктивные улучшения, -
0:48 - 0:52как цельноповоротный хвост —
подвижный горизонтальный стабилизатор, -
0:52 - 0:55позволили пилоту ВВС США Чаку Йегеру
-
0:56 - 1:04разогнать летательный аппарат Bell X-1
до скорости 1127 км/ч. -
1:04 - 1:07Он стал первым человеком,
преодолевшим звуковой барьер -
1:07 - 1:10и двигавшимся быстрее скорости звука.
-
1:10 - 1:13Bell X-1 был первой ласточкой среди
сверхзвуковых летательных аппаратов, -
1:14 - 1:18а дальнейшие доработки позволили ему
достичь скоростей выше трёх Махов. -
1:18 - 1:21Летя на сверхзвуковой скорости,
аппарат создаёт ударную волну -
1:22 - 1:25с громоподобным грохотом,
известным как звуковой удар, -
1:26 - 1:29который способен нанести ущерб
людям и животным на земле -
1:29 - 1:31и даже повредить строения.
-
1:31 - 1:32По этой причине
-
1:32 - 1:35учёные всего мира
изучают звуковые удары, -
1:35 - 1:38пытаясь предугадать
их траекторию в атмосфере, -
1:38 - 1:41место приземления и громкость.
-
1:42 - 1:45Чтобы лучше понять, как учёные это делают,
-
1:45 - 1:48давайте сначала разберёмся,
что такое звук. -
1:48 - 1:52Представьте, что бросаете
камешек в тихий пруд. -
1:52 - 1:53Что вы видите?
-
1:53 - 1:56Камень вызывает волны,
которые расходятся по воде -
1:56 - 1:59со скоростью, одинаковой
во всех направлениях. -
1:59 - 2:03Эти увеличивающиеся в диаметре круги
называются волновые фронты. -
2:03 - 2:06И хотя мы этого не видим,
-
2:06 - 2:09неподвижный источник звука,
к примеру, домашняя аудиосистема, -
2:09 - 2:12также создаёт расходящиеся звуковые волны.
-
2:12 - 2:14Скорость волн зависит от ряда факторов,
-
2:14 - 2:18таких как высота и температура
окружающего воздуха. -
2:18 - 2:24Скорость звука на уровне моря
приблизительно равна 1225 км/ч. -
2:24 - 2:27Но в отличие от кругов
на плоской поверхности, -
2:27 - 2:31волновые фронты в этом случае —
концентрические сферы, -
2:31 - 2:34где звук движется вдоль лучей,
перпендикулярных волнам. -
2:35 - 2:40Представьте подвижный источник звука,
например, гудок поезда. -
2:40 - 2:43Когда источник движется
в определённом направлении, -
2:43 - 2:48ряд волн впереди него уплотняется.
-
2:48 - 2:52Увеличенная частота волн —
причина знаменитого эффекта Доплера, -
2:53 - 2:56когда звук объектов кажется выше
с их приближением. -
2:56 - 3:00Но пока источник звука движется
медленнее, чем сами звуковые волны, -
3:00 - 3:03они остаются вложенными друг в друга.
-
3:03 - 3:08При переходе объекта на сверхзвук,
движение быстрее создаваемого звука, -
3:08 - 3:11картина резко меняется.
-
3:11 - 3:13Как только объект обгоняет
выпущенные звуковые волны, -
3:13 - 3:16одновременно создавая новые
из текущего положения, -
3:16 - 3:20они схлопываются, формируя конус Маха.
-
3:20 - 3:23Наблюдатель не слышит ни звука
при приближении конуса, -
3:23 - 3:28потому что источник движется быстрее,
чем звук, который он создаёт. -
3:28 - 3:32Только когда объект пронесётся мимо,
мы услышим звуковой удар. -
3:33 - 3:37В месте пересечения конуса Маха с землёй
образуется гипербола, -
3:37 - 3:41которая, двигаясь вперёд, оставляет след,
известный как звуковой ковёр. -
3:41 - 3:46Это позволяет определить область,
подвергшуюся звуковому удару. -
3:46 - 3:49А как вычислить его возможную силу?
-
3:49 - 3:53Для этого требуется решить знаменитую
систему уравнений Навье — Стокса, -
3:53 - 3:56чтобы найти изменение давления в воздухе,
-
3:56 - 4:00вызванное перемещением в нём
сверхзвукового летательного аппарата. -
4:00 - 4:04В результате получают сигнатуру давления,
известную как N-образная волна. -
4:04 - 4:05Что означает такая форма?
-
4:05 - 4:10Звуковой удар возникает
при внезапном изменении давления, -
4:10 - 4:12и N-образная волна описывает два удара:
-
4:12 - 4:15первый — при изначальном росте
давления у носовой части аппарата, -
4:15 - 4:18а второй — после прохождения
хвостовой части -
4:18 - 4:21и внезапного возвращения давления
к нормальным значениям. -
4:21 - 4:23Из-за этого происходит два хлопка,
-
4:23 - 4:27но человеческое ухо
обычно воспринимает их как один. -
4:27 - 4:30На практике компьютерные модели,
использующие эти принципы, -
4:30 - 4:34часто могут предсказать место появления
и интенсивность звуковых ударов -
4:34 - 4:38для данных атмосферных условий
и траектории полёта, -
4:38 - 4:41и ведутся поиски способов
снизить вред от ударов. -
4:41 - 4:46А пока сверхзвуковые полёты над землёй
остаются под запретом. -
4:46 - 4:49Являются ли звуковые удары чем-то новым?
-
4:49 - 4:50Не совсем.
-
4:50 - 4:53Пока мы ищем способы заглушить их,
-
4:53 - 4:56некоторые животные издавна используют
звуковые удары себе на пользу. -
4:56 - 5:01Гигантский диплодок, похоже,
мог щёлкать своим хвостом быстрее звука, -
5:01 - 5:07со скоростью свыше 1200 км/ч,
возможно, для отпугивания хищников. -
5:08 - 5:12Некоторые разновидности креветок тоже
могут создавать ударные волны под водой, -
5:12 - 5:16оглушая или даже убивая жертву
на расстоянии -
5:16 - 5:20одним щелчком своей огромной клешни.
-
5:20 - 5:22Так что хотя мы, люди,
и достигли большого прогресса -
5:22 - 5:25в нашей неустанной погоне за скоростью,
-
5:25 - 5:27как оказывается, природа была быстрей.
- Title:
- Проблема звукового удара — Катерина Каури
- Speaker:
- Katerina Kaouri
- Description:
-
Посмотреть урок полностью: http://ed.ted.com/lessons/what-causes-sonic-booms-katerina-kaouri
Объекты, которые летят со скоростью большей, чем звук (например, очень быстрые самолёты), создают ударную волну, сопровождающуюся громоподобным грохотом: звуковым ударом. Это эпичное явление может нанести ущерб людям и животным и даже повредить строения. Катерина Каури описывает, как учёные используют математику, чтобы предугадать траекторию звукового удара в атмосфере, его место приземления и громкость.
Автор урока — Катерина Каури, аниматор — Антон Богатый.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 05:44
Retired user approved Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Retired user edited Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Полина Гурина accepted Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Полина Гурина edited Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Полина Гурина edited Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Полина Гурина edited Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Alexander Sergeenko edited Russian subtitles for The sonic boom problem | ||
Alexander Sergeenko edited Russian subtitles for The sonic boom problem |