Navážu na dnešní soukromou diskuzi v SZ a dovolím si odpověď postnout sem - k veřejné diskusi.
Vracím se ke včerejšímu tématu, ale nechci pokračovat ve včerejším stromu. Včera jsem, bohužel, skutečně nebyl dost na výši, abych dokázal diskutovat s chladnou hlavou, za což se alespoň dodatečně omlouvám.
Myslím, že spousta včerejších chyb vyplývá z odpovědí hala-bala zprava i zleva, na několik problému najednou, se zjednodušením tady a tam (a týká se to i některých zjednodušených a zavádějících vysvětlení v odkazech) - a výsledek se pak liší nejen od toho, co chtěl člověk napsat, ale i od toho, jak by to mělo být, aby se to dalo pochopit.
Jsem přesvědčen, že když to napíšu do samostatném stromu, snáz vyprovokuji vzdělanější a zkušenější, aby můj pohled na problém doplnili, případně opravili (pro orientaci připomínek jsou jednotlivé odstavce - prohlášení označeny písmeny a čísly)
Nejdřív tedy odpověď na tu otázku ze soukromé diskuse:
a) Myslím, že se dá s jistotou říct, že aerodynamický třesk nesouvisí s hlukem, které letící těleso samo vyluzuje (motory atd.) Aerodynamický třesk je dle mého soudu vyvolán specifickými podmínkami, které změní zvuk (vlnění vzduchu), které vzniká bezprostředně kontaktem tělesa se zvukem (aerodynamický hluk) a že tedy aerodynamický třesk způsobí i těleso, které jinak letí prakticky bezhlučně.
b) Pro pochopitelné vysvětlení se musíme vrátit na samý prvopočátek - musíme si uvědomit (představit si) podstatu vlnění v kapalině (plynu) včetně toho, jakou v tom roli hraje rovina vlnění (to je to, co jsem nedovedl ve své minulé diskusi dost polopaticky vysvětlit, ale co ospravedlňuje mé výrazy "zhuštění" a "tlak").
c) Každý si snadno představí vlnění, pokud se spustí provaz s balkónu a rytmicky s ním kýve ze strany na stranu. Po provazu probíhají vlny, které mají docela dobře viditelnou vlnovou délku, (vzdálenost mezi tzv. uzly) a amplitudu kmitů. je taky jasná rovina vlnění – to je směr (rovina), ve které kýveme rukou.
d) Pokud provaz současně roztočíme, zase na něm budou vlny a mezi nimi tzv. uzly (body, ve kterých se jakoby provaz nehýbe, vlna je před uzlem a za uzlem), takové vlnění má jakoby všesměrovou orientaci.
e) Hůře se ale dá bez demonstrace představit vlnění, jehož rovina je zredukována na přímku – rovnoběžnou (shodnou) s „osou“ vlnění – jakoby s tím provazem, který jen visí. Takové vlnění lze demonstrovat Machovým vlnostrojem (vymyslel ho stejný Mach, co se po něm jmenuje to číslo) – a jsou to kuličky, zavěšené v řadě, které nejdřív rozkýveme tak, aby kmitaly (kývaly se) kolmo k ose vlnění . Udělají stejného „hada“ s vlnami a amplitudou, jako když kýveme provazem.
f) Kývající se kuličky lépe vystihují podstatu vlnění v plynu, kapalině, pevných látkách a také vlnění elektromagnetického, včetně šíření světla. Kuličky představují ednotlivé částice (kvanta hmoty), které se pohybují v určitém pravidelném rytmu a v určité dané rovině (či více rovinách) – a teprve společně dohromady pohyb jednotlivých částic (kvant) je pak to vlastní vlnění. Představu také vystihuje výraz „elektromagnetické pole“, který je třeba chápat ne plošně, ale prostorově.
g) Rovina kývání kuliček (do strany) se na Machově vlnostroji dá jednoduše převést na kývavý pohyb v rovině osy kývání – všechny kuličky se teď kývají v jedné řadě – ale v jejich kývání je fázový posun – na svých úvratích (krajních polohách) jsou kuličky jedna za druhou posunuty v čase. Výsledný pohyb pak způsobí, jakoby se šňůra kuliček v určitých místech rytmicky zahušťovala a zřiďovala. Vlnění má stejnou amplitudu, stejnou vlnovou délku, ale pro naši představivost je „hůře čitelné“ než had z rozvlněného provazu nebo do stran se vlnících kuliček. Toto se ale mnohem blíž podobá podstatě skutečného vlnění (!!)
h) Pokud jste někdy viděli tuto demonstraci, bude vám jasné, že v určitém okamžiku jsou v určitém úseku částice (kuličky, kvanta) nahuštěny a tak zcela logicky v tomto místě má aktuálně daná kapalina (plyn, médium, elektromagnetické pole) vyšší tlak (!!!) než v oblasti, kde jsou kuličky (částice, kvanta) řidší. Tyto oblasti s vyšším a nižším tlakem se rytmicky střídají s oblastmi s nižším tlakem a šíří se do okolí, aniž by došlo ke skutečnému posunu dotyčných částic – ty kmitají na svém místě.
i) Rychlost zvuku (světla, elektromagnetického záření) je představována rychlostí šíření těchto vln, nikoliv rychlostí pohybu částic,. POhyb částic může být podle okolností rychlejší či pomalejší, než šíření zvuku (světla, vlnění elmag.pole).
j) Rytmické střídání vyššího a nižšího tlaku vzduchu je podstata zvuku. Rychlost střídání (frekvence vlnění) udává výšku zvuku (tón), rozdíl tlaku pozitivního a negativního kmitu udává hlasitost zvuku
k) Vlny se ve vzduchu popsaným způsobem šíří do všech prostorových stran – tedy jakoby na povrchu opakujících se postupně se zvětšujících koulí (nazývají se „kulové vlnoplochy“). Když hodíme kámen do klidné hladiny rybníka, tak to co vidíme jako „kruhy“, jsou právě průsečíky kulových vlnoploch s rovinou hladiny. Opět – ve vzduchu je to úplně stejné.
Tak a teď k pohybu tělesa.
1) jakékoliv těleso (bez ohledu na velikost, tvar a skutečnost, zda toto těleso vydává nějaký vlastní zvuk), nutí při svém průchodu kapalinou či plynem, aby se plyn či kapalina přemístila – nejprve „uhnula z cesty“ objemu toho tělesa – a pak se zas vrátila zpět. Toto je dobře vidět na vodě – jedoucí loď, lžíce, která míchá nápoj a podobně, dobře je to vidět na „hustých“ kapalinách – ale i nekapalných směsích (med, asfalt – jako husté kapaliny, rašelina a těsto jako nekapalnou směs – emulzi). Podobně se chová jakákoliv část pohybujícího tělesa, kolem které kapalina (plyn) neproudí laminárně (výstupky, jiné části, štěrbiny v karosérii a podobně).
2) děj popsaný ad 1) vyvolává vlnění okolního vzduchu (kapaliny) - aerodynamický hluk (svištění letící kulky, hučení kolem auta, sykot kolem letadla). Vlnění (zvuk) se šíří do okolí ve formě kulových vlnoploch, které se pohybují rychlostí zvuku (rychlost není konstantní, odpovídá aktuálnímu stavu prostředí - teplota, tlak, vlhkost).
3) pokud se ale těleso pohybuje těsně podzvukovou nebo právě zvukovou rychlostí, zvuky vyvolané popsaným dějem už nestihají předbíhat pohybující se těleso a kulové vlnoplochy se na čele pohybujícího tělesa zhušťují. To se často znázorňuje jako kružnice, které se všechny k sobě blíží nebo se až dotýkají v jednom bodě, právě na čele pohybujícího se předmětu (špičce letadla).
4) Akustický tlak jednotlivých zvukových vln se v místě nakupení (styku) kulových vlnoploch sčítá (!) a změna akustického tlaku (začátek zvuku) přestává být pozvolná, mění se ve skokový nárůst tlaku – ráz. Pokud se tento (ve vzduchové mase se pohybující) ráz přežene přes něčí ucho, pocítí posluchač třesk – zvuk s vysokou amplitudou. Ta je přímo úměrná (akustickému) tlaku toho rázu vzduchu. Ráz je akusticky velmi podobný rázu vyvolanému explozí. Pokud se těleso pohybuje podzvukově, patrné nahuštění vlnoploch (a tedy rázový skok tlaku, vlna zvýšeného tlaku) je patrno jen v bezprostřední blízkosti čela pohybujícího se tělesa (zejména v místech, kde díky obtékání nerovností a oblých tvarů dochází místně k překročení rychlosti zvuku některou jednotlivou částí proudícího vzduchu).
5) pokud těleso překoná rychlost zvuku, začne předbíhat sebou vytvořené jednotlivé kulové vlnoplochy, které se směrem vpřed pohybují nejvýše rychlostí zvuku, tak jak se každá šíří z místa, kde vznikla. To se někdy zobrazuje jako skupina kružnic, z nichž ty menší „vyčuhují dopředu“ z těch větších – jako když se bublifukem vytáhne řada bublin. V té době dojde k nahuštění vzduchových částic (molekul vzduchu) a tím pádem k místnímu zvýšení tlaku v místě, ke lze k těmto kružnicím vést tečné přímky. V prostorovém uspořádání tak vznikne plášť kužele. Vrchol tohoto kužele je tvořen čelem pohybujícího se tělesa. Tento plášť kužele (nazývaný Machův kužel) je rozhraní, ke skokově narůstá tlak vzduchu – jde o výše popsaný ráz, projevující se třeskem. Ráz – třesk je slyšitelný vždy v okamžiku a místě, kde přes ucho posluchače přejde průsečík pohybujícího se Machova kužele.
6) Úplně stejně jako při průchodu tlakové vlny při explozi po skokovém zvýšení tlaku přijde za určitou dobu skokový návrat k původnímu tlaku (atomic blast – tam a zpět, viditelné zde kolem 30.-40. sekundy: http://www.youtube.com/watch?v=RqyBzXYZPoM&feature=related ). Totéž se děje, když přes posluchače prochází Machův kužel. Ucho nerozliší, zda ráz je jednosměrný –a jakým směrem tlak (akustický tlak..) na bubínek působí (zda plus nebo minus, dovnitř, ven), takže ucho slyší dva rázy – dva třesky.
7) Machův kužel vzniká na pohybujícím se tělese kdekoliv, kde je nějaká podstatná nerovnost a kde se proto tvoří aerodynamický hluk – typicky na čele pohybujícího se tělesa, může ale vznikat i na různých výstupcích (sondy, kabina), přechodech kormidel, koncích křídel a konci letadla. Na tělese tak může vzniknout více kuželů a pokud je posluchač dost blízko (viz dále), může při přechodu Machových kůželů zaznamenat více třesků.
8) Se zvětšující se vzdáleností akustická síla třesku (tedy amplituda skoku tlaku vzduchu) klesá (matematicky se čtvercem vzdálenosti). Stejně tak se zvětšující se vzdáleností od letícího tělesa dochází k „zašumění“ skokových přechodů (plus a minus) a také ke splývání jednotlivých Machových kuželů – takže v určité vzdálenosti slyšíme typicky jen dva třesky – vstupní a výstupní – a v určité vzdálenosti už neslyšíme nic mimořádného, jednak že skok tlaku už není tak velký – splývá se zvuky našeho okolí – a pak změna akustického tlaku již není skoková, ale pozvolná, takže ji ucho neregistruje jako zvuk (ucho rozeznává pouze zvuky, jejichž kmitočet je vyšší, než 16 Hz, infrazvuky neslyšíme, maximálně je cítíme vnitřnostmi jako chvění – například některé vibrace ze subwooferů).
Obrázky následují.
Jakékoliv relevantní doplnění či argumenty podloženou diskusi či kritiku vítám.
Béke, burárum! |
|
4x 
