Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Lentokone voi ylittää äänen nopeuden.

Äänen nopeus – mikä on äänen nopeus?

Ääni on pieniä värähtelyjä, joita ei voi erottaa paljain silmin. Se etenee ilmassa, vedessä ja kiinteissä aineissa tuhansia kilometrejä tunnissa ja auttaa muun muassa paljastamaan ja hoitamaan sairauksia.

Shutterstock

Luotikone lensi ääntä nopeammin

Lokakuun 14. päivänä 1947 Mojaven aavikolla Yhdysvalloissa hiljaisuuden rikkoi pamaus, kun koelentäjä Chuck Yeager lensi ensimmäisenä ihmisenä vaakalennossa ääntä nopeammin.

Äänivalli rikottiin Bell X-1-rakettikoneella, joka oli muotoiltu .50-kaliiperisen Browning-konekiväärin patruunan mukaan. Kone halkoi kuin siivekäs ohjus ilmaa 1 127 kilometrin tuntinopeudella 13 kilometrin korkeudessa.

”Lensin supersoonisesti 18 sekuntia”, kirjoitti Chuck Yeager 40 vuoden kuluttua historiallisesta tapahtumasta. Supersooninen tarkoittaa ääntä nopeampaa. ”Ei tuntunut iskua, ei nykäystä eikä sysäystä. Eikä varsinkaan tiilimuuria, johon olisi voinut murskautua. Olin elossa.”

ell X-1 ylitti ensimmäisenä äänen nopeuden vaakalennossa.

Bell X-1 oli oranssi luotimainen rakettikone. Se lensi 14.10.1947 ensimmäisenä lentokoneena ääntä nopeammin vaakalennossa.

© NASA Photo/USAF photo by Lt. Robert A. Hoover

Äänivalli on kokoon puristuneita aaltoja

Äänivalli koostuu tiilien sijasta näkymättömistä ääniaalloista.

Kun esimerkiksi lentokone liikkuu, sen edessä olevat ääniaallot tihentyvät sitä mukaa kuin lentonopeus kasvaa ja ääniaaltojen pohjan ja huipun välinen etäisyys pienenee.

Kun kone saavuttaa äänen nopeuden, sen edessä olevat ääniaallot ovat puristuneet siinä määrin kokoon, että ne muodostavat muurin iskuaallon muodossa. Kun yhteen painuneet ääniaallot saapuvat maanpinnalle, ne aistitaan niin sanottuna yliäänipamauksena.

Pamaus ei kuulu ohjaamoon, sillä lentokone liikkuu niin nopeasti, että yliäänipamaus ei pysy mukana.

Joskus voi onnistua näkemään kartiomaisen vesihöyrytiivistymän koneen ympärillä silloin, kun äänen nopeus ylittyy. Tiivistymä syntyy ilman kosteudesta, kun ilmanpaine laskee ääniaaltojen välissä.

Kone ylittää äänen nopeuden.

Kun kone ylittää äänen nopeuden ja rikkoo äänivallin, sen perän ympärille voi syntyä valkoinen pilvi.

© Shutterstock

Yleensä ääniaallot eivät kuitenkaan jätä näkyvää jälkeä. Ääni koostuu nimittäin näkymättömistä ilman värähtelyistä, ääniaalloista, jotka korva muuttaa aivojen tulkitsemiksi hermoimpulsseiksi.

Molekyylien tiheys (äänenpaine) vaihtelee ja määrää, millaiseksi ääni lopulta tajutaan. Äänenkorkeus mitataan rekisteröimällä aaltojen määrä sekunnissa hertsilukuna ilmaistuna. Äänenvoimakkuus määritetään desibeleinä.

Kaiku kertoo äänen nopeudesta

Äänen nopeudesta otti ensimmäisenä selkoa ranskalainen matemaatikko Marin Mersenne vuonna 1640.

Jo tuolloin muun muassa italialainen tähtitieteilijä Galileo oli päässyt perille siitä, että ääni etenee aaltoina.

Ääniaaltojen etenemisnopeus oli kuitenkin vielä hämärän peitossa. Marin Mersenne alkoi etsiä vastausta kysymykseen tekemällä yksinkertaisen kokeen.

Ranskalaistutkija asettui 159 metrin päähän seinästä ja sanoi Benedicam Dominum – Herralle kiitos. Heilurin avulla hän mittasi, kuinka pitkän ajan sanat viipyivät matkalla, ennen kuin hän kuuli ne kaikuna.

Marin Mersenne totesi sanojen heijastuvan takaisin sekunnissa. Jakamalla etäisyyden seinään (159 metriä) sillä ajalla, joka kului kaiun kuulemiseen, hän päätyi siihen tulokseen, että äänen nopeus oli 318 metriä sekunnissa.

Video: Felix Baumgartner putoaa ääntä nopeammin

Felix Baumgartner kirjoitti nimensä historiankirjoihin hypyllään 39 068 metrin korkeudesta. Itävaltalainen hurjapää oli ensimmäinen ihminen, joka rikkoi äänivallin pudotessaan vapaasti.

Tyhjiö hidastaa äänen kulkua

Nykyään tiedetään, että ääniaallot etenevät 20-asteisessa ilmassa täsmälleen 343 metriä sekunnissa.

Nopeus riippuu kuitenkin ilman paineesta, kosteudesta ja lämpötilasta. Muissa aineissa kuin ilmassa – esimerkiksi vedessä tai puussa – ääniaallot kulkevat nopeammin. 20-asteisessa vedessä äänen nopeus on 1 482 metriä sekunnissa ja puussa 4 100 metriä sekunnissa.

Brittiläinen tutkija Robert Boyle todisti jo vuonna 1660, että ääni voi liikkua vain väliaineessa, kuten ilmassa.

Boyle sijoitti kokeessaan kellon ilmatiiviiseen astiaan ja tyhjensi tämän ilmasta. Kun ilma puuttui, kello oli tyhjiössä eikä sen soimisääni enää kuulunut.

Näin äänen nopeus määräytyy

Äänen nopeus riippuu siitä aineesta, jossa ääni etenee. Nopeus suurenee sitä mukaa kuin molekyylien tiheys kasvaa.

Ääni on lääkärien uusi ase

Ranskalainen lääkäri René Laënnec tasoitti 159 vuotta Robert Boylen kokeiden jälkeen tietä äänen lääketieteelliselle käytölle.

Kun Laënnec tutki vastaanotollaan lihavaa potilasta, hänen oli vaikea erottaa sydänääniä asettamalla korvansa rintaa vasten. Laënnec keksi kiertää 24 paperiarkkia rullalle. Hän kuuli sydänäänet paremmin putkella, jonka toinen pää oli hänen korvallaan, toinen potilaan rinnalla.

Putki vahvisti ääniä, ja näin oli syntynyt maailman ensimmäinen stetoskooppi.

Nykyään äänen avulla muodostetaan tarkkoja kuvia potilaiden sisäelimistä niin sanotuissa kaikukuvauslaitteissa.

Kaikukuvauslaite on ultraääniskanneri, jossa taajuudeltaan miljoonia hertsejä olevia ääniaaltoja lähetetään elimistöön ja otetaan vastaan kuvana näkyvinä kaikuina. Ääniaaltojen heijastuminen takaisin riippuu siitä, millaiseen kudokseen ne ovat osuneet, ja erot paljastavat muun muassa ahtautuneita suonia ja kasvaimia.

5 ääntä nopeampaa kulkuneuvoa

Ihminen on liikkunut ääntä nopeammin monta kertaa – tässä joitakin hurjia ennätyksiä.

  • Chuck Yeager ylitti äänen nopeuden.
    © U.S. Air Force Photo

    1947

    Yhdysvaltalainen koelentäjä Charles “Chuck” Yeager lensi ensimmäisenä vaakalennossa ääntä nopeammin, 1 127 km/h, Bell X-1-koneella, joka oli muotoiltu konekiväärin patruunan mukaan.

  • Blackbird ylitti äänen nopeuden.
    © USAF/Judson Brohmer

    1976

    Lockheed SR-71 Blackbirdin lentonopeus oli yli 3 Machia eli kolme kertaa äänen nopeus. Yhdysvaltalainen tiedustelulentokone saavutti peräti 3 529 kilometrin tuntinopeuden.

  • Maa-ajoneuvo ylitti äänen nopeuden.
    © Vauxford

    1997

    Thrust SSC rikkoi ensimmäisenä maa-ajoneuvona äänivallin saavuttaessaan 1 150 kilometrin tuntinopeuden. Ratissa oli entinen Britannian kuninkaallisten ilmavoimien hävittäjälentäjä Andy Green.

  • Nasan X-43A-suihkukone ylitti äänen nopeuden.
    © NASA Photo/Carla Thomas

    2004

    Nasan X-43A-suihkukone lensi melkein 10-kertaisella äänennopeudella (11 265 km/h eli 9,6 Machia). Rakettimaisuudestaan huolimatta X-43A:ta pidetään lentokoneena, koska moottorissa palaminen perustuu pääasiassa ilman happeen.

  • Felix Baumgartner ylitti äänen nopeuden.
    © Redbull

    2012

    Felix Baumgartner rikkoi äänivallin pudotessaan vapaasti hypättyään 39 kilometrin korkeudessa heliumpallosta. Hänen suurin nopeutensa vapaassa putoamisessa oli 1 357,64 km/h. Ennätys kesti kaksi vuotta: 42 kilometrin korkeudesta hypännyt Alan Eustace löi sen vuonna 2014.

Ääniaallot torjuvat syöpää ja veritulppia

Ääntä ei käytetä lääketieteessä vain sairauksien paljastamiseen, vaan sillä saattaa olla hyvinkin mahdollista myös hoitaa niitä.

Kalifornian teknillisessä yliopistossa (Caltech) kehitetään suurienergiaisen kohdennetun ultraäänen (high-intensity focused ultrasound, HIFU) sovellusta eturauhassyövän hoitoon.

Puikkomainen ultraäänilähde viedään potilaan peräsuoleen, ja se lähettää sieltä suurienergiaista ultraääntä kasvaimeen. Sen vaikutuksesta syöpäsolut kuumenevat 85–100-asteisiksi ja tuhoutuvat.

Nyt tutkitaan myös mahdollisuuksia poistaa aivoista veritulppia kohdennetulla ultraäänellä. Toistaiseksi kokeita on kuitenkin tehty vain eläimillä.

Yli tuhat muuntimeksi kutsuttua komponenttia sisältävä päähine ohjaa ääniaallot niihin aivojen osiin, joiden verenkierto on häiriintynyt tukkeutuneen suonen takia.

Ääniaallot voidaan suunnata alueille, jotka ovat paksumpia kuin neljä millimetriä, ja kokeiden mukaan kohdennetut ääniaallot voivat hajottaa aivoista verisuonitukoksen alle minuutissa – vahingoittamatta ympäröiviä kudoksia.

Lue myös:

Sound barrier
Fysiikan ilmiöt

Ymmärrä äänivalli 3 minuutissa

1 minuuttia
Lasirutto - nainen pesee lasia
Fysiikan ilmiöt

Mitä on lasirutto? Ja miten siitä pääsee eroon?

2 minuuttia
Fysiikan ilmiöt

Siksi suihkuverho liimautuu sinuun

2 minuuttia

Kirjaudu sisään

Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
Näytä Piilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!

Nollaa salasana

Syötä sähköpostiosoitteesi, niin saat ohjeet salasanasi nollaamiseksi.
Tarkista sähköpostiosoite

Tarkista sähköpostisi

Olemme lähettäneet sinulle sähköpostia osoitteeseen . Siinä on ohjeet, joiden avulla voit nollata salasanasi. Jos et ole saanut sähköpostia, tarkista, että se ei ole joutunut roskapostin joukkoon.

Anna uusi salasana.

Nyt sinun pitää antaa uusi salana. Salasanassa pitää olla vähintään 6 merkkiä. Kun olet luonut uuden sanasanan, sinua pyydetään kirjautumaan sisään palveluun.

Salasana vaaditaan
Näytä Piilota