Обсуждение:Звуковой барьер

Что такое звуковой барьер? Проявление невежества.

Часть кинетической энергии потока превращается во внутреннюю энергию газа. Все эти изменения тем больше, чем выше скорость сверхзвукового потока. При гиперзвуковых скоростях (число Маха= 5 и выше ) температура газа достигает нескольких тысяч градусов, что создаёт серьёзные проблемы для аппаратов, движущихся с такими скоростями (например, шаттл «Колумбия» разрушился 1 февраля 2003 года из-за повреждения термозащитной оболочки, возникшего в ходе полёта). То есть трение уже отменили?

какой же первый серийный самолёт стал сверхзвуковым? (в Ист.фактах) Tpyvvikky

Звуковой барьер в аэродинамике — название ряда явлений Дамы и господа, укажите хотя бы один учебник по аэродинамике, в котором есть явление или группа явлений именуемая звуковым барьером?

Скорость звука имеет сложную зависимость от температуры и давления газовой среды, и на высотах свыше 5 км, где температура и давление значительно ниже, может оказаться выше 340 м/с, то есть 1224 км/ч Это позволяло самолету разгоняться в пикировании с больших высот не переходя звуковой барьер, и, по мере приближения к земной поверхности на постоянной скорости пикирования, преодолевать звуковой барьер из-за изменения параметров воздуха. Дамы и Господа, не знаю как править примечания. Но скорость звука зависит о температуры, а не от температуры и давления. При этом чем выше температура - тем выше скорость звука. По этому при низких температурах на высоте скорость звука НИЖЕ 340 м/с!

Прежде, чем начать править!

Следующему, кто опять захочет написать про звуковой барьер и его преодаление настоятельно рекомендую прочитать хоть что-либо о сверхзвуковых течениях.

Советовать читателям энциклопедии почитать что-нибудь другое — неконструктивно.--юк 21:51, 13 марта 2008 (UTC)

А я не советовал прочитать что-нибудь другое. Я советовал прочитать хоть что-то. А в текущем состоянии - статья получилась "очень даже ничего". :)

Если уберете «ничего» — буду польщен. --юк 23:20, 18 марта 2008 (UTC)

Если упоманете о том, что скорость звука - это максимальная скорость, которой могут достичь молекулы вещества в естественных условиях - уберу "ничего" :)

А вот это - утверждение очень сомнительное, и от совершенно неверного его спасает только его неточность: а какой скорости могут достигнуть молекулы вещества в неестественных условиях? Физика - самая естественная из наук и в её рамках все условия, даже самые экстремальные - естественны. И стало быть в определённых естественных условиях молекулы могут достигать скорости не превышающей разве что скорости света. Скорость же молекул реального газа — величина статистическая на любую «максимальную» скорость найдётся и ещё «помаксимальнее» с какой-то вероятностью. В данной статье я делаю ссылку на скорость звука, где этот вопрос специально обсуждается, и я могу снять с себя ответственность за этот «тёмный вопрос».--юк 10:42, 21 марта 2008 (UTC)

Следующему, кто опять захочет написать про звуковой барьер и его преодоление настоятельно рекомендую прочитать хоть что-либо о сверхзвуковых течениях.

Если есть памятник людям, которые думают одно, говорят другое, а делают третье, то это статья "звуковой барьер", потому что в мире нет ни одной другой энциклопедии, статьи в которой отсылали бы к другим энциклопедиям в форме "не приставайте с глупостями". Когда я это встретил, я был поражен, зачем же вы тогда написали статью, если сами не знаете, или типа "я знаю, но не скажу"? Я даже не предполагаю, что на самом деле хотели этим доказать, но кроме сочувствия не вызвали у читателей ничего. Мне все равно что такое "звуковой барьер", просто я отметил эту статью как выдающуюся в определенном плане.--Smethod 06:57, 15 мая 2015 (UTC)

Рисунок в цвете:

Распространение ударной волны, вызванной сверхзвуковым самолётом. Жёлтая линия — след ударной волны на земле. Снаружи конуса ударной волны самолёт не слышен. Распространение звуковой волны и след на земле для обычного, дозвукового, самолёта имеют такую же форму, но с большим углом в вершине конуса.

Неужели? А звук движущегося автомобиля мы услышим только после того как он проедет мимо?178.216.97.75 22:57, 8 июня 2010 (UTC) yuri759

если авто движется со сверхзвуковой — да; с точностью до призвуков, распространяемых через почву… ·1e0nid· 07:51, 27 мая 2015 (UTC)

Запилите отдельную статью про конус Маха 95.55.87.82 08:43, 17 января 2011 (UTC)

вот же ·1e0nid· 07:51, 27 мая 2015 (UTC)

Комментарии к примечанию

Уважаемые коллеги,

Мне кажется, что фраза в Примечаниях о зависимости скорости звука в газовой среде несколько неточна. Скорость звука обратно зависима от плотности воздуха (см Скорость звука), плотность же зависит от температуры и давления (Плотность воздуха). Причём, от давления зависимость прямая, а от температуры обратная. С увеличением высоты наблюдаются снижение и температуры, и давления. Однако, согласно диаграмме (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/StandardAtmosphere.png?uselang=ru) падение давления оказывается более существенным, и плотность воздуха снижается (что, впрочем, общеизвестно как кислородное голодание на высоте). А раз снижается плотность воздуха, то скорость звука будет увеличиваться.

Предлагаю следующую формулировку комментария:

Скорость звука имеет сложную зависимость от температуры и давления газовой среды, и на высотах свыше 5 км, где температура и давление значительно ниже, может оказаться выше 340 м/с, то есть 1224 км/ч

80.70.236.58 00:02, 24 марта 2013 (UTC) С Уважением, Алексей.

главное слово в определении ЗБ (по мотивам правок "ряд явлений/заблуждение")

Проблема «звукового барьера» заключается имхо, главным образом, в «языковом барьере», в аккуратном использовании слов. Поскольку последнее немаловажно для Википедии, считаю нужным сделать здесь несколько замечаний общего характера.
Успех слова может оцениваться с двух позиций: (1) использование в общении и (2) наличие непротиворечивого определения в рамках здравого смысла и всех остальных слов.
В особых ситуациях, к которым относится и «звуковой барьер», (1) достаточно для права на жизнь вообще и существования статьи в Википедии. (2) – уже головная боль специалистов и лингвистов, которые вынуждены отталкиваться от живого языка, в котором строгая непротиворечивость не обязательна. Например, в словах:
- «мысль материальна», при этом имеется в виду «фантазии сбываются», но последнее явно не связано со свойством материальности фантазий. То есть фраза используется в смысле, отличном от внутренне присущего ей, что, разумеется, является языковой ошибкой, но устоявшейся ошибкой, аккуратное рассмотрение которой и подобных как раз должно по идее приводится в Википедии.
- «всемогущий», отсутствие непротиворечивого определения у этого слова, вкупе с желанием использовать его в логических умозаключениях (чего очевидно делать категорически нельзя в силу первой причины), привело к одному из известнейших парадоксов. То есть слово есть, широко используется, но простого определения у него нет, и оно ему для обычного использования не нужно.
Эти примеры я привел для того, чтобы показать, что в спорных ситуациях со словами нужно отталкиваться от фактического использования в речи, в данном случае от идиомы, а не от термина, который не всегда оправдывает свой универсальный статус. При этом, естественно, выставляемая формулировка идиомы должна быть адекватной (на совести автора), иначе из существования неадекватных представлений заключат отсутствие верных (на тему «ЗБ - заблуждение» ).

Например, для «Звукового барьера» по словарям
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/444/%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9

«ЗБ - резкое увеличение сопротивления ... Наличие З. б. затрудняет достижение скорости... »
Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия.Главный редактор Г.П. Свищев.1994

«ЗБ - ...явление ...Превысив скорость звука, самолёт проходит сквозь эту область повышенной плотности воздуха, как бы прокалывает её – преодолевает звуковой барьер...
Долгое время преодоление звукового барьера представлялось серьёзной проблемой в развитии авиации...В России звуковой барьер первым преодолел в 1948 г. лётчик... »
Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

Во втором случае внутри одного описания происходит явное смешение понятий «преодоления ЗБ» конструкторами и летчиком, использование же вспомогательного образа с «прокалыванием области» может совсем запутать неподготовленного читателя. По сути речь идет о двух разных идиомах, из которых «с летчиком» - основная по использованию в обычной речи, а вторая – профессионально-сленговый собирательный термин, возможно действительно используемый специалистами, но который попадает в энциклопедии без разъяснений данной двусмысленности.
В предложеном мной определении через «устоявшееся выражение для обозначения скорости звука как граничной скорости движения летательного аппарата», подчеркивается условность выражения и то, что «барьер» должен пониматься не в смысле препятствия, а в смысле границы.
Хотя психологически естественно, что достижение максимальных результатов описывают как преодоление барьера, а не простое пересечение границы. Тем более, если для этого требуется качественно новые знания и технологии. Но фактическое преодоление ЗБ, которое выполняется пилотом/самолетом, оставляет за скобками все сопутствующие обстоятельства, проблемы и их преодоление, остается только собственно разгон самолета за скорость звука.
Соответственно и в определении слова упор должен делаться на главное – прохождение отметки на шкале скорости, все остальное попадает в контекст.
Кстати, возможно (как пожелание для «опытных участников» при конечном оформлении), стоит добавить буферную фразу до описания УВ, что «Важность этого граничного значения обусловлена скачкообразным изменением условий полета, в частности, с возникновением ударной волны при скоростях ЛА бОльших скорости звука».
89.239.190.23 13:01, 24 апреля 2013 (UTC)

Эффект Доплера

Эффект Доплера надо бы как-то в статье упомянуть, ибо звуковой барьер — это его предельный случая для звуковых волн. --Nashev 17:15, 12 мая 2013 (UTC)

Волновой кризис

Эту раздел надо отделять от этого. Ведь волновой кризис не проявляется же только для звуковых волн, а для всех. Допустим и суднам не не легко проеделеть эту кризис. То есть проявление его для акустических волн, является частным его случаем. Тёрнер 06:49, 12 марта 2015 (UTC)

русским язЫка не знать? 0_о ·1e0nid· 08:15, 27 мая 2015 (UTC)

ничего не понял

Вот это вот особенно:

Скорость звука имеет сложную зависимость от температуры и давления газовой среды, и на высотах свыше 5 км, где температура и давление значительно ниже, может оказаться выше 340 м/с, то есть 1224 км/ч. Это позволяло самолету разгоняться в пикировании с больших высот не переходя звуковой барьер, и, по мере приближения к земной поверхности на постоянной скорости пикирования, преодолевать звуковой барьер из-за изменения параметров воздуха.

..Скорость звука ... на высотах свыше 5 км ... может оказаться выше 340 м/с, то есть 1224 км/ч.

1. во-первых, фраза неоднозначна "340 м/с равно 1224 км/ч" или "скорость звука отдельно от 340 м/с может оказаться равна 1224 км/ч"? Это ведь технический текст, нельзя использовать местоимения или неоднозначные выражения.
2. во-вторых, почему "выше"? Это звучит парадоксом.

Рассмотрев качественно вопрос зависимости скорости звука от высоты, видно, что на высоте 200м от поверхности Земли, в атмосфере, скорость звука примерно 300 м/с, а на высоте 200 км, в вакууме, скорость звука равна нулю, а не бесконечно большая.

Очевидно, что скорость звука убывает в зависимости от убывания плотности газа и на первый взгляд нет никаких причин, чтобы в среднем при убывании этой скорости на некоторых значениях плотности газа образовывались участки "сверхзвуковости" (по аналогии со "сверхпроводимостью") где скорость звука бы аномально росла, на графике функции "скорость звука от плотности" такие участки выглядели бы как локальные возрастания этой функции.

Если отойти от газа, то чем плотнее тело, тем выше скорость звука, тот же воздух, условно говоря сжатый до жидкости, давал бы скорости звука как в воде (1500 м/с вместо 300 м/с), а в сжатом до твердого состояния как во льду (3980 м/с вместо 300 м/с). И мне не известно никаких явных причин или опытов, которые показывали бы обратное.

Не оставляет сомнений, что если не принимать во рассчет мелкие в масштабах планеты погодные аномалии (разные "инверсии", циклоны и т.п. вещи), плотность газа падает с ростом высоты.

Качественно, чем плотнее данный объем газа, тем сложнее области повышенного давления "рассеяться" на месте неоднородности, тем меньше падение амплитуды повышенного давления с расстоянием (чем плотнее газ, тем "окружающее давление" как бы "сильнее подпирает" эту аномалию, ей некуда деваться, а в вакууме аномалия мгновенно "разлетится во все стороны").

Чем плотнее тело, тем более силовое воздействие на такое тело походит не на образование волны, а на передачу силы с помощью контакта твердых тел (палка которой бьют в бетон, а не в воду или воздух).

Чем скорее совершается воздействие (чем больше скрость тела, внедряющегося в воздух), тем сильнее воздух похож на воду или бетон. Поэтому удар спускаемого аппарата об атмосферу даже Марса, очень разреженную и плохо пригодную для аэродинамических полетов, больше похож на удар о бетон, чем на привычный полет самолета.

Качественно, очевидно, что чем меньше плотность воздуха, тем большая нужна скорость летящего тела, чтобы телу "сгрести" на своем пути весь воздух и создать перед собой область повышенного давления и температуры.

на очевидное, а совершенно бездоказательное заявление: особенно с пропуском «область одинаково повышенного давления и одинаковой температуры».

Говоря о "звуковом барьере" мы имеем в виду вот этот самый "барьер повышенного давления и температуры" (нет! ·1e0nid· 08:15, 27 мая 2015 (UTC)). Очевидно, что чем менее плотный вохдух, тем больше нужна скорость чтобы создать "барьер повышенного давления и температуры". Но причем тут скорость звука?

Вероятно "звуковой барьер" связан не со скоростью звука, а с плотностью воздуха?

нет: только с отношением скорости движения к скорости звука там же

3. Как плотность газа в единице объема зависит от высоты, давления и температуры?

см. Плотность воздуха (поскольку, упомянута высота, то очевидно, речь о воздухе; безотносительно «единицы объёма»: не умничай!)

В самом простом случае давление и температура это зависимые, связанные друг с другом величины (PV/T=R, R~Na).

V это молярный объем Na частиц газа (число Авогадро, 1 моль) при таких P,T. Чем меньше частиц в фиксированном объеме V (меньше плотность газа, пропорциональная числу частиц/объем), тем меньше "результат деления" P/T, например, тем большая нужна температура чтобы достичь того же давления ["или тем большее давление нужно создать, чтобы достичь той же температуры"

- эта фраза, выделенная курсивом, ошибка, т.к. есть привычка что обычно "в замкутом объеме рост температуры однозначно ведет к росту давления и наоборот", на самом деле, когда в дело вступает еще и изменение концентрации, то при данной температуре чем меньше концентрация, тем меньше суммарная сила с которой молекулы действуют на стенки, а значит меньше и давление (это кажется очевидным, но иная форма этого утверждения "более быстрый рост температуры от роста давления при падении концентрации газа" из-за привычки на практике к постоянной концентрации кажется парадоксом, поскольку забывается, что на практике для малой концентрации создать большое давление в фиксированном объеме невозможно, т.е для того чтобы с помощью десяти молекул создать такую же силу как с помощью молекул в количестве числа Авогадро, это надо очень постараться, т.е. энергия этих десяти молекул, а температура энергию и показывает, должна быть очень высокой). Это также видно из линейной связи y=kx, в которой убывание k не может действовать одинаково на x и y - т.е. правильная фраза

"при падении концентрации газа той же температуры можно достигнуть при меньшем давлении, но само это малое давление становится получить труднее"

Когда тело движется очень быстро по разреженному газу оно создает локально более высокую концентрацию газа, "сгребая" его на своем пути и этим достигается меньше парадоксов для роста давления. Также форма PV/T=R очевидно неудачная, лучше использовать форму PV/T=kN].

Величина P изначально определяется высотой газового столба над этим объемом и силой тяжести Земли, а далее величина T определяется нагревом этого объема газа от Земли, нагретой Солнцем, что в результате приводит к росту или падению начального "гравитационного" давления одновременно с изменением температуры T.

Поэтому если бы упомянутая в статье Колумбия влетела бы в атмосферу Земли со скоростью 5 километров в секунду не на высоте 120 км, а на высоте 120 метров от поверхности, то достигнутые значения Р и Т были бы намного больше и Колумбия бы мгновенно испарилась, но это не означает, что на высоте 120 км можно крикнуть и звук мгновенно обогнет Землю, столь велика будет его скорость.

Надо че-то с этим делать.

PS:

Вот таблица скорости звука (не знаю кто мерял). Скорость звука в воздухе на различной высоте над уровнем моря. При 15 °C (не знаю на какой высоте) и 760 мм рт.ст. (101325 Па) на уровне моря.

Высота,м Скорость звука, м/с 0 340,29

50 340,10

100 339,91

200 339,53

300 339,14

400 338,76

500 338,38

600 337,98

700 337,60

800 337,21

900 336,82

1000 336,43

5000 320,54

10000 299,53

20000 295,07

50000 293,80

80000 282,54

Если честно, по этой таблице скорость звука почти не убывает с высотой, что странно (что можно услышать на высоте 80км?), но уж точно не растет. Выражение "50000 329,80" распространенное в интернете это очевидно опечатка "50000 293,80".

PPS:

Или вот картинка температур

http://i-fotki.info/19/cc0a2ffcf09f75ae755ca2f5e9cf118f5f56d9210871685.png.html

Оказывается злосчастный шатл Колумбия на высоте 120 км подвергался мощному температурному воздействию в 1500 градусов со стороны атмосферы даже при нулевой скорости его полета. На самом деле в тени на этой высоте температура любой поверхности близка к абсолютному нулю (-270 градусов), это знают даже в детском саду. А 1500 градусов это вероятно эквивалентная такой температуре энергия, которую имеют отдельные молекулы газов на этой высоте, но их количество при давлении в "10 в минус 42 степени" столь мало, что это не позволяет говорить о температурном обмене и о темперетурных эффектах в привычном нам смысле.

Smethod 05:53, 5 апреля 2015 (UTC)

пока вы думаете

Я дополнительно исследовал форму рассеяния "сверхзвуковой" волны и обтекание тел:

чем больше скорость тела, внедряющегося в воздух ...

тем меньше угол конуса образоввшейся волны. При бесконечно большой скорости полета ударная волна на картинке в статье в плоском сечении превратится в две раздельные волны (угол конуса равен нулю градусов), расходящиеся перпендикулярно направлению движения тела, а при минимальной скорости ударная волна превратится в плоском сечении в одну плоскую волну (угол конуса равен 180 градусам) которая пойдет впереди самолета параллельно направлению движения тела.

Что касается "обтекания" тела в воздухе, то о таком процессе вообще можно говорить лишь в определенных пределах: скорости тела, его формы и плотности воздуха, иначе обтекание или не начнется или превратится в какой-то иной вид взаимодействия тела и воздуха, не имеющий отношения к "дозвуковым" параметрам полета, таким как "угол атаки" или "подъемная сила".--Smethod 07:17, 15 мая 2015 (UTC)