В 2023 году над городами Ростовской области периодически раздается грохот. Власти объясняют, что причина громких звуков — пролеты авиации на сверхзвуковой скорости. Какие эффекты способен вызвать сверхзвуковой полет, рассказывает инженер Южного федерального университета.
Ассистент кафедры теоретической и компьютерной гидроаэродинамики Института математики, механики и компьютерных наук ЮФУ Евгений Казаков объяснил, почему грохот слышат на такой обширной территории.
«Звук в бытовом смысле — это возмущение в воздухе. Это возмущение может распространяться от источника во все стороны, но делает это не мгновенно. Например, гром от молнии, ударившей в километре от вас, доберется до ваших ушей только через три секунды», — подчеркивает Евгений Казаков.
Он добавил, что скорость звука зависит от плотности воздуха, влажности и давления, но в среднем это 1200 километров в час. Превзойти ее могут высокотехнологичные самолеты, ракеты или экспериментальные ракетоподобные автомобили.
«Летящий на дозвуковой скорости самолёт распространяет шум двигателя во все стороны, даже перед собой — поэтому мы слышим, как он приближается. Летящий на сверхзвуковой скорости самолет по-прежнему шумит — но он обгоняет собственный шум, и все издаваемые звуки, всё производимое им возмущение воздуха, собирается позади самолёта в конусовидную область. Сам самолёт при этом находится в вершине этого конуса и словно тянет его за собой, образуя фронт ударной волны. А когда граница конуса доходит до наблюдателя — он, простым языком, в одно мгновение воспринимает весь шум, что не успел услышать за время приближения самолета — это и есть звуковой удар», — объяснил Евгений Казаков.
Молодой учёный развеял миф, что что «переход на сверхзвук» выглядит так: самолёт летит медленно, затем разгоняется, происходит хлопок и самолет летит дальше быстро. На самом деле «хлопок» — не однократное явление, это фронт зоны возмущения, и он сопровождает самолет на протяжении всего полета на сверхзвуке. Однократно его воспринимает земной наблюдатель.
«Хлопок, при «переходе на сверхзвук» будет слышен в зоне непосредственно под самолётом, после того как тот пройдет мимо, а также правее и левее его маршрута. Здесь всё сильно зависит от высоты самолёта над землёй: чем ниже, тем меньше затрагиваемая территория, но сильнее воздействие. Летящий на высоте в сто метров самолёт затронет на земле полосу пространства в ту же сотню метров шириной, но воздействие будет разрушительное. А такой же самолёт на высоте в четыре тысячи метров окажет воздействие на полосу шириной в десятки километров, но оно будет восприниматься как отдаленный грохот» — подытожил Евгений Казаков.
Если на маршруте самолета, уже достигшего 1300 километров в час, находятся несколько наблюдателей — каждый из них услышит по хлопку в разное время, и при этом самолет вообще не будет менять скорость.