Shutterstock
äänivalli pamaus

Miksi äänivalli murtuu pamahtaen?

Äänivallia ei normaalisti näy, mutta tietyissä sääolosuhteissa voi nähdä nopeasti lentävän koneen luovan taivaalle näyttävän fyysisen ilmiön.

Kun kuulet lentokoneen moottorien äänen, kyse on ääniaalloista, jotka leviävät äänilähteestä näkymättöminä renkaina. Ääni koostuu paineaalloista, ja kuulemmmme äänet ovat tietyin välein toistuvia paineaaltoja.

Kun lentokone lentää eteenpäin, sen edessä olevat ääniaallot muodostavat tihentymän, koska äänilähde lähenee aiemmin lähettämiään ääniaaltoja.

Koneen edessä ääniaaltojen taajuus on korkeampi ja takana matalampi. Taajuus, jolla ääniaalto havaitaan, riippuu siis sekä äänilähteestä että havainnoijasta.

Ilmiö tunnetaan Dopplerin ilmiönä, ja se selittää, miksi lentokone voi murtaa äänivallin.

VIDEO: Opi lisää doppler-ilmiöstä

Ilmanvastus koetaan vallina

Sitä mukaa kuin lentokoneen nopeus kasvaa, ääniaaltojen huippujen väli koneen edessä lyhenee ja äänen taajuus kohoaa.

Kun lentokone saavuttaa äänen nopeuden, ääniaallot koneen edessä ovat niin tiheässä, että ne muodostavat eräänlaisen muurin tai šokkiaallon. Sitä kutsutaan äänivalliksi.

Äänen nopeus riippuu sekä lämpötilasta että aineesta, jossa se etenee. 15-asteisessa ilmassa äänen nopeus on 340 metriä sekunnissa eli 1 224 kilometriä tunnissa.

Korkeammalla ilmakehässä, missä ilma on huomattavasti kylmempää, äänen nopeus on alhaisempi.

10 kilometrin korkeudessa saattaa olla 60 astetta pakkasta, ja silloin lentokoneen tarvitsee enää lentää 1 062 kilometrin nopeudella murtaakseen äänivallin.

Ankka tekee veteen renkaita

Aallot, joita sorsan vanaveteen muodostuu, muistuttavat ääniaaltoja, joita syntyy äänivallin läpi kulkevan lentokoneen perään.

© Shutterstock

Ääniaaltoja voidaan verrata aaltoihin vedessä

Ääniaaltoja voidaan verrata vedessä muodostuviin aaltoihin. Kun ankka ui vedessä, sen sen ympärille muodostuu renkaita.

Kun ankka ui eteenpäin, uusia aaltoja muodostuu samaan aikaan, kun ensimmäiset aallot leviävät laajemmalle ja niiden säde kasvaa. Jos ankka ui kyllin nopeasti, uudet aallot saavat ensimmäiset aallot kiinni.

Vedessä olevien aaltojen tavoin ääni muodostuu aalloista, jotka etenevät aineessa. Kun yksi ääniaalto saa toisen kiinni, syntyy paineaalto, joka lisää vastusta. Tämä paine-ero on äänivalli.

Miksi kuuluu pamaus, kun lentokone murtaa äänivallin?

Kun lentokone murtaa äänivallin, kuuluu voimakas pamaus. Tämä johtuu siitä, että lentokone saa siinä vaiheessa kiinni oman äänensä.

Yliäänipamauksena kuuluva ääni ei kuitenkaan johdu siitä, että lentokone murtaa ääniaallot. Ääniaallot nimittäin taittuvat taaksepäin sitä mukaa, kun koneen nopeus kasvaa. Ääni, joka kuuluu, syntyy sinä hetkenä, kun ääniaallot osuvat maahan.

VIDEO: Katso ja kuuntele, kun lentokone murtaa äänivallin

Lentokone, joka liikkuu ääntä nopeammin, vetää perässään yliäänipamauksesta muodostunutta pyrstöä. Pamaus on niin voimakas, että supersooninen Concorde-matkustajakoneenkin annettiin murtaa äänivalli vasta, kun se oli meren yllä.

Concorde matkustajakone

Tältä näyttää British Airwaysin Concorde-kone.

© Shutterstock

Concorde on maailman nopein matkustajakone

Concorde oli supersooninen lentokone eli se pystyi lentämään ääntä nopeammin. Concorde-koneita ei valmisteta enää, mutta mallilla on yhä hallussaan maailman nopeimman matkustajakoneen titteli.

Lentokone ei vain lentänyt ääntä nopeammin, vaan se eteni kaksi kertaa niin nopeasti kuin ääni eli sen enimmäisnopeus ilmassa oli 2 179 kilometriä tunnissa.

Concorde lensi reittilentoja 27 vuoden ajan, ja viimeisen kerran Concorde-kone nousi ilmaan 2003. Runsaasti polttoainetta kuluttavan koneen käyttö ei kannattanut, ja lisäksi koneen nopeuden aiheuttama melu koettiin häiritsevänä. Vuonna 2000 sattunut onnettomuus aiheutti myös matkustajakadon.

Voiko äänivallin nähdä?

Itse äänivalli on näkymätön, mutta sopivissa sääoloissa sen voi nähdä kartionmuotoisena pilvenä. Mitä nopeammin lentokone liikkuu, sitä terävämpi kartion kärki on.

Lentokone murtaa äänivallin

Sopivissa sääoloissa äänivallin voin nähdä kartionmuotoisena pilvenä.

© Shutterstock

Pilvi koostuu pienen pienistä vesipisaroista ja syntyy, kun ilma koneen ympärillä ensin lämpenee paineaallon vaikutuksesta ja sitten kylmenee nopeasti, kun kone ohittaa paineaallon. Matala lämpötila saa ilmassa olevan veden tiivistymään pisaroiksi. Silloin näkyy kartionmuotoinen pilvi.

Ilmiö voidaan havaita, kun lentokone murtaa äänivallin, mutta kartionmuotoisia pilviä voi muodostua myös, vaikka lentokone ei murtaisikaan äänivallia.