Ang Physics ng Supersonic Libreng Fall at ang Race upang Bumuo ng isang Quieter Concorde

Kung nais mong bumuo ng isang rocket na may isang naka-bold bagong disenyo, kailangan mong magkaroon ng isang paraan upang subukan ang estruktural integridad nito nang walang pag-install ng isang engine. Wala kang tunel sa hangin, ngunit hindi ka handa na magampanan. Iniisip mo sa iyong sarili, "Ano ang paglipad nang walang pagpapaandar?" Pagkatapos ay sasagutin mo ang iyong sariling tanong: "Bumagsak." Sa madaling salita, ang pinakamadaling paraan upang lumipad nang walang paglulunsad ay ang bumagsak. Kumuha ng isang prototype up napakataas, i-drop ito, at makakakuha ka ng isang kahulugan ng pagganap nito sa bilis.

Ang nangunguna sa lahat na practitioner ng sining ng pagbaba ng katumpakan ay ang Japan Aerospace Exploration Agency, o JAXA, na karaniwang bersyon ng NASA ng Japan. Ang ahensya ay nagsisikap na bumuo ng isang praktikal na supersonic plane, na hindi madaling bagay. Ang mga katulad na pagsisikap sa nakaraan ay nilikha ang mga pangkaraniwang produkto, karamihan sa mga sikat na Concorde.

Ang Concorde ay sinalubong ng mga problema na pumigil sa iba pang mga airliner na gamitin ang parehong uri ng disenyo para sa kanilang sariling craft. Ang isa sa mga pinakamalaking isyu ay labis na ingay. Ang terminong "sonic boom" ay hindi isang misnomer - sinira ang tunog hadlang ay isang insanely malakas na kababalaghan. Ang mga tagagawa ay dapat mag-disenyo ng eroplano upang panatilihin ang mga pasahero ulo mula sa sumasabog, at ang mga airliner ay hindi maaaring lumipad sa eroplano sa lupa dahil walang tao sa lupa ay nais na sumailalim sa tulad destructively malakas na tunog. Ang layunin ng JAXA ay upang lumikha ng isang mas tahimik supersonic na eroplano ng pasahero. At ang pagsubok nito sa pamamagitan ng mga pagsusulit na drop sa isang pang-eksperimentong modelo sa Sweden.

Paano ang ginagawa ng impiyerno? Talaga, ang isang lobo ay umaangat sa eroplano na hindi pinuno ng tao - JAXA's Silent SuperSonic Concept Model tungkol sa 18.6 milya hanggang sa hangin, at binababa lamang ito. Ang mga sensor na naka-attach sa eroplano ay sumusukat sa shockwaves habang ang eroplano ay malapit sa bilis ng hanggang sa Mach 1.39 sa libreng pagkahulog.

Ang physics ng isang supersonic libreng pagkahulog ay hindi lahat na iba mula sa kung paano ang isang bagay na gumagalaw mas mabilis kaysa sa tunog sa isang pahalang na eroplano nagpapatakbo. Ang hangin ay nagiging malakas na naka-compress sa harap ng eroplano, na nagdudulot ng isang alon ng mataas na presyon sa lahat ng direksyon. Ang shockwave na ito ay nagsisimula sa pagpapalaganap sa pamamagitan ng hangin ngunit nakakakuha weaker habang ito ay gumagalaw sa karagdagang out, na nagiging isang tunog wave sa proseso. Ito ang malakas na pagsabog na naririnig namin at tumawag ng sonic boom.

Upang maunawaan kung ano ang mga espesyal na tungkol sa isang supersonic libreng mahulog, dapat naming masusing tingnan kung ano ang eksaktong Mach numero sumangguni sa: ang ratio sa pagitan ng bilis ng bagay sa bilis ng tunog sa isang partikular na lugar. At ang bilis ng tunog ay napapailalim sa mga pagbabago sa temperatura at presyon - sa mas mataas na mga altitude, ang bilis ng tunog ay bumababa, kaya ang isang bagay ay hindi kailangang maglakbay nang kinakailangan ang parehong bilis upang maabot ang Mach 1 ng isang dosenang milya sa hangin habang ito ay nasa antas ng dagat. (Ang bilis ng tunog sa antas ng dagat ay tungkol sa 760 milya bawat oras).

Higit pa rito, ang Mach 1 ay isang lubos na di-matatag na kapaligiran dahil sa shockwave na nilikha sa pamamagitan ng pagsira ng tunog na hadlang. Kahit na maliit na paggalaw ay maaaring magkaroon ng napakalakas na pisikal na mga epekto sa bagay. Ang pinakamasama lugar ay sa pagitan ng Mach 0.9 at 1.2.

Kaya kapag ang isang bagay ay gumagalaw sa supersonic bilis sa libreng pagkahulog, ito ay sa hindi pangkaraniwang posisyon ng accelerating mas mabilis habang ang kanyang numero ng Mach ay nagdaragdag sa isang mas mabagal na rate. Mas maraming oras ang ginugugol sa hindi matatag na puwang ng Mach kaysa sa kung gumagalaw ito sa isang pahalang na eroplano. Karamihan sa mga eroplano ay dinisenyo upang ilipat ang nakalipas Mach 1 at magpasok ng isang ligtas na zone sa lalong madaling panahon. Hindi mo masusubok ang isang bagay tulad nito sa isang libreng eksperimento sa pagbagsak.

Ang bilis ay tumataas dahil sa drag. Ito ang nangyari sa marahil ang pinakasikat na halimbawa ng isang bagay na gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa tunog sa pamamagitan ng gravity: Tumalon ni Felix Baumgartner noong 2012 mula sa mga 23 milya hanggang sa hangin, upang maging unang maninisid sa kalangitan upang sirain ang tunog na barrier nang hindi ginagamit ng isang sasakyang panghimpapawid. Nang bumagsak si Baumgartner sa Daigdig, tuluy-tuloy siyang tumigil sa pag-accelerate dahil sa banggaan sa mga molecule ng hangin, na lumilikha ng 'drag force' na itinayo bilang paglaban ng hangin hanggang sa naging katumbas at kabaligtaran sa lakas ng grabidad. Sa puntong ito, naabot na ni Baumgartner ang pinakamataas na bilis.

Sa katunayan, samantalang ang karamihan sa mga bagay na umaabot sa bilis ng terminal ay mananatili lamang sa isang tuloy-tuloy na bilis, ang Baumgartner ay talagang nagsimulang lumambot, dahil ang nakapalibot na kapaligiran ay nagsisimula upang makakuha ng mas makapal at mas makapal na bilang isang bagay sa libreng taglagas gumagalaw pababa. Kaya ang bilis ng terminal ay nagsisimula sa pagbawas - ibig sabihin Baumgartner nagsimula na pabagalin pati na rin. Ang parehong bagay ay maaaring marahil mangyari sa isa sa mga tahimik SuperSonic Modele ng eroplano JAXA ay pagsubok.

Ang agham, tulad ng iba pang mga bagay sa buhay, ay mas malamig kapag mas mabilis ito.