The sonic boom problem - Katerina Kaouri

Vertaald door: Aaron Gevaert Nagekeken door: Peter van de Ven

Humans have been fascinated with speed for ages.

De mens is al eeuwenlang gefascineerd door snelheid.

The history of human progress is one of ever-increasing velocity,

De geschiedenis van menselijke vooruitgang is er een van steeds grotere snelheden.

and one of the most important achievements in this historical race

Een van de belangrijkste prestaties in deze historische race

was the breaking of the sound barrier.

was het doorbreken van de geluidsbarrière.

Not long after the first successful airplane flights,

Niet lang na de eerste succesvolle vliegtuigvluchten

pilots were eager to push their planes to go faster and faster.

waren piloten erop gebrand hun vliegtuigen sneller en sneller te laten gaan.

But as they did so, increased turbulence

Maar hierdoor nam ook de turbulentie toe

and large forces on the plane prevented them from accelerating further.

en de grote krachten belemmerden dat vliegtuigen nog konden versnellen.

Some tried to circumvent the problem through risky dives,

Sommigen probeerden dit probleem te omzeilen met riskante duikvluchten,

often with tragic results.

die vaak een tragische afloop hadden.

Verbeteringen in het ontwerp in 1947,

Finally, in 1947, design improvements,

such as a movable horizontal stabilizer, the all-moving tail,

zoals een beweegbare staart en een beweegbaar horizontaal staartvlak,

allowed an American military pilot named Chuck Yeager

zorgden ervoor dat piloot Chuck Yeager van de Amerikaanse luchtmacht

to fly the Bell X-1 aircraft at 1127 km/h,

met het Bell X-1 luchtvaartuig

een snelheid van 1127 km/u kon bereiken.

becoming the first person to break the sound barrier

Hij werd de eerste persoon die de geluidsbarrière doorbrak

and travel faster than the speed of sound.

en daarmee sneller ging dan de snelheid van het geluid.

The Bell X-1 was the first of many supersonic aircraft to follow,

De Bell X-1 was het eerste van vele supersonische luchtvaartuigen;

with later designs reaching speeds over Mach 3.

latere ontwerpen haalden snelheden van meer dan Mach 3.

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave

Luchtvaartuigen die sneller dan het geluid gaan,

creëren een schokgolf met een donderachtig geluid,

with a thunder-like noise known as a sonic boom,

bekend als een supersonische knal,

which can cause distress to people and animals below

dat tot ongemak kan leiden bij mensen en dieren op de grond

of zelfs tot schade bij gebouwen.

or even damage buildings.

Daarom hebben wetenschappers wereldwijd supersonische knallen bestudeerd.

For this reason,

scientists around the world have been looking at sonic booms,

trying to predict their path in the atmosphere,

Ze proberen hun baan in de atmosfeer te voorspellen,

where they will land, and how loud they will be.

waar ze de grond zullen bereiken en hoe luid ze zullen zijn.

Om beter te snappen hoe supersonische knallen bestudeerd worden,

To better understand how scientists study sonic booms,

let's start with some basics of sound.

moeten we beginnen met wat basiskennis over geluid.

Imagine throwing a small stone in a still pond.

Stel je voor dat je een kleine steen in een stilstaand meertje gooit.

What do you see?

Wat zie je?

De steen zorgt voor golven in het water

The stone causes waves to travel in the water

at the same speed in every direction.

die zich met met dezelfde snelheid in elke richting bewegen.

These circles that keep growing in radius are called wave fronts.

Deze zich verwijdende cirkels worden golffronten genoemd.

Similarly, even though we cannot see it,

Op dezelfde manier, ook al kunnen we het niet zien,

a stationary sound source, like a home stereo,

produceert een stilstaande geluidsbron, zoals een stereo installatie,

creates sound waves traveling outward.

geluidsgolven die zich buitenwaarts voortbewegen.

De snelheid van de golven ligt aan factoren

The speed of the waves depends on factors

like the altitude and temperature of the air they move through.

zoals de hoogte en de temperatuur van de lucht waardoor ze zich verplaatsen.

Op zeeniveau verplaatst het geluid zich met ongeveer 1225 km/u.

At sea level, sound travels at about 1225 km/h.

But instead of circles on a two-dimensional surface,

Maar in plaats van cirkels op een tweedimensionaal vlak

the wave fronts are now concentric spheres,

zijn de golffronten nu concentrische bollen,

with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

met geluid dat zich voortbeweegt langs stralen loodrecht op deze golven.

Now imagine a moving sound source, such as a train whistle.

Stel je nu een bewegende geluidsbron voor, zoals de fluit van een stoomtrein.

Zolang de bron zich in een bepaalde richting beweegt,

As the source keeps moving in a certain direction,

zullen de golven ervóór dichter bij elkaar liggen.

the successive waves in front of it will become bunched closer together.

This greater wave frequency is the cause of the famous Doppler effect,

Deze grotere golffrequentie is de oorzaak van het befaamde dopplereffect,

where approaching objects sound higher pitched.

waarbij naderende objecten een hogere toon hebben.

But as long as the source is moving slower than the sound waves themselves,

Maar zolang de bron zich trager verplaatst dan de geluidsgolven zelf,

they will remain nested within each other.

zullen ze in elkaar blijven passen.

It's when an object goes supersonic, moving faster than the sound it makes,

Maar gaat een object supersonisch snel, sneller dan het geluid dat het maakt,

that the picture changes dramatically.

dan verandert het plaatje behoorlijk.

As it overtakes sound waves it has emitted,

Als het geluidsgolven inhaalt die het gemaakt heeft

terwijl er tegelijkertijd nog nieuwe worden gemaakt,

while generating new ones from its current position,

the waves are forced together, forming a Mach cone.

worden de golven samengeperst waardoor een kegel van Mach ontstaat.

No sound is heard as it approaches an observer

De waarnemer hoort geen geluid wanneer het dichterbij komt

because the object is traveling faster than the sound it produces.

omdat het object sneller gaat dan het geluid dat het produceert.

Only after the object has passed will the observer hear the sonic boom.

Pas nadat het object is gepasseerd, hoort men een supersonische knal.

Where the Mach cone meets the ground, it forms a hyperbola,

Waar de kegel van Mach de grond raakt, wordt een hyperbool gevormd

leaving a trail known as the boom carpet as it travels forward.

die een spoor nalaat dat beter bekend is als de geluidstrog.

This makes it possible to determine the area affected by a sonic boom.

Hiermee kan het grondbereik van een supersonische knal bepaald worden.

Hoe kunnen we weten hoe sterk een supersonische knal zal zijn?

What about figuring out how strong a sonic boom will be?

This involves solving the famous Navier-Stokes equations

Hiervoor moeten we de befaamde Navier-Stokes-vergelijkingen oplossen,

to find the variation of pressure in the air

om het verschil in luchtdruk te weten te komen

dat wordt veroorzaakt door het passeren van het supersonische vliegtuig.

due to the supersonic aircraft flying through it.

This results in the pressure signature known as the N-wave.

Dit leidt tot een drukbeeld wat bekend staat als de N-golf.

What does this shape mean?

Wat betekent deze vorm?

Well, the sonic boom occurs when there is a sudden change in pressure,

De supersonische knal treedt op wanneer de druk plotseling verandert.

and the N-wave involves two booms:

De N-golf veroorzaakt twee knallen:

one for the initial pressure rise at the aircraft's nose,

één voor de initiële stijging van de druk aan de neus van het vliegtuig,

and another for when the tail passes,

en nog een wanneer de staart voorbijgaat en de druk plotseling weer normaal is.

and the pressure suddenly returns to normal.

Dit zorgt voor een dubbele knal,

This causes a double boom,

maar mensen horen het gewoonlijk als een enkele knal.

but it is usually heard as a single boom by human ears.

In practice, computer models using these principles

In de praktijk kunnen computermodellen met gebruik van deze principes

can often predict the location and intensity of sonic booms

vaak de locatie en intensiteit van supersonische knallen voorspellen,

gegeven de vliegroute en de atmosferische gesteldheid.

for given atmospheric conditions and flight trajectories,

and there is ongoing research to mitigate their effects.

Er is ook lopend onderzoek naar het verzachten van de uitwerkingen.

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

Supersonische vluchten over land blijven intussen verboden.

So, are sonic booms a recent creation?

Zijn supersonische knallen dus een recent fenomeen?

Not exactly.

Niet echt.

Terwijl we manieren zoeken om ze te dempen,

While we try to find ways to silence them,

a few other animals have been using sonic booms to their advantage.

hebben enkele andere dieren de knallen in hun voordeel gebruikt.

The gigantic Diplodocus may have been capable of cracking its tail

De gigantische Diplodocus kon misschien zijn staart

faster than sound, at over 1200 km/h, possibly to deter predators.

sneller dan het geluid laten knallen, met meer dan 1200 km/u,

mogelijk om roofdieren af te schrikken.

Some types of shrimp can also create a similar shock wave underwater,

Sommige garnaalsoorten kunnen onder water ook een soortgelijke schokgolf creëren

stunning or even killing pray at a distance

die een prooi vanaf een afstand kan verlammen of zelfs doden

met een enkele knip van hun buitenmaatse schaar.

with just a snap of their oversized claw.

So while we humans have made great progress

Dus hoewel de mens grote vooruitgang heeft geboekt in zijn jacht naar snelheid,

in our relentless pursuit of speed,

it turns out that nature was there first.

blijkt het dat Moeder Natuur ons voor was.