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 doppler-ilmiönä, ja se selittää, miksi lentokone voi murtaa äänivallin
VIDEO: Opi lisää doppler-ilmiöstä
Milloin lentokone murtaa äänivallin?
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 sokkiaallon. 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.
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.
Kun lentokone saa kiinni aiemmin lähettämänsä ääniaallot, ääniaallot painuvat niin tiiviisti yhteen, että lentokoneen edessä ei kuulu lainkaan ääntä. Tällöin syntyy niin iso paine-ero, että se koetaan alhaalla maassa yliäänipamauksena.
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.
Äänivallin voi myös nähdä
Äänivalli ei ole muurin vaan enemmänkin suppilon muotoinen. Äänivalli on yleensä näkymätön, mutta sopivissa sääoloissa sen voi nähdä.
Tällöin taivaalla näkyy kartionmuotoinen pilvi, jota lentokone näyttää vetävän perässään. Mitä nopeammin lentokone liikkuu, sitä terävämpi kartion kärki on.
Pilvi koostuu pienen pienistä vesipisaroista ja syntyy, kun ilmanpaine kasvaa niin suureksi, että ilmassa ollut vesi tiivistyy pisaroiksi.
Ilmiö voidaan havaita, kun lentokone murtaa äänivallin, mutta kartionmuotoisia pilviä voi muodostua myös vaikkei lentokone murtaisikaan äänivallia.