La física de la caiguda lliure supersònica i la carrera per construir un Concorde més tranquil

$config[ads_kvadrat] not found

LA F - 691 Part.2

LA F - 691 Part.2
Anonim

Si voleu construir un coet amb un nou disseny en negreta, heu de tenir una manera de provar la seva integritat estructural sense instal·lar un motor. No teniu un túnel de vent, però no esteu preparats per concedir-vos. Pensa en tu mateix: "Què és el vol sense propulsió?" Llavors respones a la teva pròpia pregunta: "Falling". Simplement, la manera més fàcil de volar sense llançar és caure en picat. Feu un prototip molt elevat, deixeu-lo anar, i obtindreu una idea del seu rendiment a la velocitat.

El principal operador mundial de l’art de la caiguda de precisió és la Japan Aerospace Exploration Agency o JAXA, que és bàsicament la versió de la NASA al Japó. L’agència intenta construir un pla supersònic pràctic, cosa que no és fàcil. Esforços similars en el passat van crear productes mediocres, el més famós del Concorde.

El Concorde estava ple de problemes que van impedir que altres aerolínies adoptessin el mateix tipus de disseny per a la seva pròpia embarcació. Un dels problemes més importants va ser l'excés de soroll. El terme "boic sònic" no és un nom equivocat: trencar la barrera del so és un fenomen insensiblement fort. Els fabricants van haver de dissenyar l'avió per evitar que els caps dels passatgers explotessin, i les aerolínies no podien volar l'avió per terra, ja que cap ésser humà a terra volia ser sotmès a sons tan forts. L'objectiu de JAXA és crear un avió de passatgers supersònic i tranquil. I ho fa a través de proves de descens amb un model experimental a Suècia.

Com diables funciona? Bàsicament, un globus aixeca l’avió del model no tripulat: el model silenciós de concepte SuperSonic de JAXA a uns 18,6 quilòmetres al’aire, i simplement el deixa caure. Els sensors connectats al pla mesuren les ones de xoc mentre l’avió s'aproxima a velocitats de fins a Mach 1,39 en caiguda lliure.

La física d'una caiguda lliure supersònica no és tan diferent de com funciona un objecte que es mou més ràpid que el so en un pla horitzontal. L'aire es torna fortament comprimit davant de l'avió, que inunda una onada d'alta pressió en totes les direccions. Aquesta ona de xoc comença a propagar-se a través de l'aire, però es debilita a mesura que es mou més lluny, convertint-se en una ona sonora en el procés. Aquesta és l’explosió forta que escoltem i crida un bo sònic.

Per entendre què és especial sobre una caiguda lliure supersònica, hauríem de mirar més de prop el que correspon exactament als números de Mach: la relació entre la velocitat de l'objecte i la velocitat del so en un lloc determinat. I la velocitat del so està subjecta a canvis de temperatura i de pressió - a altituds superiors, la velocitat del so disminueix, de manera que un objecte no necessita viatjar a la mateixa velocitat per aconseguir Mach 1 una dotzena de quilòmetres a l'aire. fa al nivell del mar. (La velocitat del so a nivell del mar és d'aproximadament 760 milles per hora).

A més, Mach 1 és un entorn altament inestable a causa de les ones de xoc que es generen trencant la barrera del so. Fins i tot els petits moviments poden tenir efectes físics molt contundents sobre l'objecte. El pitjor lloc és, bàsicament, entre Mach 0,9 i 1,2.

Així, quan un objecte es mou a velocitats supersòniques en caiguda lliure, es troba en la posició inusual d’accelerar-se més ràpid mentre el seu nombre de Mach augmenta a un ritme més lent. Es dedica més temps a la zona de Mach inestable que si es mogués en un pla horitzontal. La majoria dels avions estan dissenyats per passar pel Mach 1 i entrar en una zona segura el més ràpid possible. No podeu provar alguna cosa així en un experiment de caiguda lliure.

La velocitat també s’abandona a causa de l’arrossegament. Això és el que va passar probablement en la instància més famosa d’un objecte que es movia més ràpid que el so per gravetat: el salt de Felix Baumgartner el 2012 d’uns 23 quilòmetres més enllà, per convertir-se en el primer bus subterrani per trencar la barrera del so sense utilitzar-lo. d’un avió. Quan Baumgartner va caure a la Terra, finalment va deixar d’accelerar a causa de la col·lisió amb molècules d’aire, creant una “força d’arrossegament” que es va formar com a resistència de l’aire fins que es va convertir en igual i oposada a la força de la gravetat. En aquest moment, Baumgartner havia aconseguit una velocitat màxima.

De fet, mentre que la majoria dels objectes que arriben a la velocitat màxima simplement es mantindrien a una velocitat constant, Baumgartner realment va començar a alentir-se, ja que l’atmosfera circumdant es torna més gruixuda i un objecte en caiguda lliure baixa. Així, la velocitat terminal comença a disminuir, és a dir, Baumgartner també va començar a disminuir. El mateix passaria, sens dubte, amb un dels plans de silenci del model SuperSonic Concept JAXA.

La ciència, com la majoria de les coses de la vida, és més fresca quan és més ràpid.

$config[ads_kvadrat] not found