Üzerimizden büyük bir hızla uçan uçaklar, ve bu uçakların betondan bir duvarı delip geçmesi gibi havada oluşturduğu inanılmaz derecede sarsıcı patlama sesi…

an-illustration-shows-the-sound-wave-effect-around-a-supersonic-boom

Doğru tahmin ettiniz; ses duvarını aşmak ve sonik patlama gibi hemen herkesin en azından videosunu izlediği olaylardan bahsediyoruz. Aslında 15 Temmuz da özellikle Ankara ve İstanbul’da bulunan insanların birçok defa tanık olduğu sonik patlama tam olarak ne ve nasıl gerçekleşiyor olabilir?

Bu durumu anlayabilmek için ilk olarak bazı temel bilgileri bilmek gerekiyor;


  • Ses olabilmesi için ortama ihtiyaç vardır örneğin, hava. Hava moleküllerinin titreşim hareketi yapmasıyla (bir denge noktası etrafında gidip gelmesi(bakınız; kırmızı noktalar)) ses oluşur ve moleküllerin titreşim hareketi doğrultusunda dalgalar halinde yayılır (titreşim hareketi ve dalgaların yayılması aynı doğrultuda ise bu boyuna dalga türüdür).

  • Yapılan titreşim hareketi ile taşınan enerjidir. Yani ses bir enerjidir.

Bir savaş uçağı pistten havalanıyor ve ivmelenerek hızını sürekli olarak artırıyor. Şimdi uçağın ses hızına göre, hızına bağlı durumları tek tek inceleyelim;

a) ses oluşturan kaynağımız yani uçağımız, ses hızından (tablo 1) daha az bir hızla hareket ederse veya ses vvvkaynağının hızı ses hızına eşit olursa, Doppler etkisi dediğimiz olay meydana gelir. (Doppler etkisi detaylı bilgi için;http://www.fizikafa.com/egitim-materyalleri/doppler-hayat-kurtarir/)

VKaynak < VSes olduğunda ses kaynağının hızı, ses hızından yavaş olduğu için ses dalgaları uçağın önünden ileriye doğru yayılır.

vv1b) Eğer ses kaynağı ses hızına eşit büyüklükte bir hızla hareket ederse, ses dalgaları ileriye doğru yayılmaya fırsat bulamadan yeni ses dalgası oluşacak ve dalgalar üst üste binerek uçağın hareketinin tersi yönünde büyük bir basınç oluşmasına neden olur. Hava moleküllerinin yaptığı bu basınç ise ses duvarı diye adlandırılır.

c) Uçak biraz daha hızlanıp ses hızını aştığında ise, (süpersonik hıza ulaştığında) ses vv3dalgaları uçağın gerisinde kalarak dışarıya doğru büyüyen daireler şeklinde yayılmaya başlar. Yayılırken aralarında oldukça küçük mesafeler olan ses dalgaları, uçakları izlemekte olan sizlere ulaştığında pencereleri bile kırabilecek şiddette olan bir patlama sesi duyarsınız. Bu ses ise sonik patlamadır.

boom7


Tablo 1: Bulunduğu ortama ve sıcaklığa bağlı ses hızı

GAZ SICAKLIK (°C) SES HIZI (m/s)
Hava 0 331.5
Hava 20 344
Hava 45 358
Hidrojen 0 1270
Karbondioksit 0 258
Helyum 20 927
Su buharı 35 402
  • Ses yayılmak için ortama ihtiyaç duyduğuna göre, bulunduğu
    her ortamdaki hızı da birbirinden farklı olacaktır. Yani ses hızı ortamın cinsine, sıcaklığına, nemine ve basıncına bağlı olarak değişecektir. Ortam olarak seçilen maddelerde ses hızının farklı olmasında maddenin esneklik özelliği ve yoğunluğu etkilidir.