Ses Hızı ve Sonic Patlama

SES HIZI

Sesin basınç etkisiyle salınıma geçen moleküller sayesinde oluştuğunu biliyoruz. Salınıma geçen moleküller sıkışmış bölgeler oluşturarak ses dalgası meydana getirmektedirler. Yani bir dalga boyu anlık olarak sıkışık halde olan iki dikey sütun arasındaki uzunluktur. Ses hızı ise, bahsedilen dalganın hızı sayesinde bulunmaktadır. Yani dalganın hızının, ileri geri hareket eden moleküllerin hızı olmadığını hatırlatmakta fayda var.

Sesin hızı kısaca enerjinin moleküller arasında ilerlerken ortaya çıkardığı düzensizliğin hızıdır.Ses boylamsal bir dalgadır.

Bilindiği gibi genel hız formülü V ( hız ) = X ( yer değiştirme) / t ( zaman ) ‘ dır. Sesin hızının bulunması da yine bu formül ile ilişkilidir. V yerine c (ses hızı ), X yerine λ ( dalga boyu ), ve t yerine T ( bir dalga boyunun ilerlemesi için geçen süre )periyot kullanılmaktadır.

C = λ / T

T.f = 1 T = 1 / f olduğundan

Ses hızının formülünü C = λ .f olarak tanımlamak mümkündür.

Bu formül sadece ses dalgaları için değil tüm dalgalar için geçerlidir. Bu denklemden yola çıkarak frekansı arttırdığımızda sesin hızının da arttıracağını düşünmek yanıltıcıdır. Çünkü frekansı arttırdıkça dalga boyu da aynı oranda küçüleceğinden ses hızı sabit kalır. Hopörlerde ne yaparsak yapalım sesin hızını asla arttıramayız. Sadece sesin genliğini yani basınç seviyesini arttıracağımız için sesin şiddetini arttırmış oluruz. Yani büyük genliğe sahip bir ses dalgası ile küçük genliğe sahip bir ses dalgası eşit ses hızlarına sahip olabilir.

Sesin hızını arttırmamızın tek yolu sesin yayıldığı ortamın özelliklerini değiştirmektir. Yani sesin hızını değiştirmek için, havanın sıcaklığını, nemini, yoğunluğunu değiştirmek yada hava yerine su, helyum yada metal kullanmak gerekir. Tüm bu değişiklikler sesin hızını değiştirebilir.

c = √(k.R.T)

Bu formülde k ideal bir gazın özgül ısı oranıdır ve sıcaklığın fonksiyonudur. R ideal bir gaz için gaz sabitidir ve sabit bir değeri vardır. Buna göre ideal bir gazda ses hızı sadece sıcaklığın fonksiyonudur. Sesin 20 derecedeki hızı saniyede 343 metreyken, sesin 0 derecedeki hızı saniyede 331 metreye düşer.

MACH SAYISI

MACH sayısı boyutsuz sayılar olarak adlandırılan sayılar arasındadır. Yani herhangi bir boyuta sahip olmayan , sadece kullanıldığı yerde secim yapmaya(ve benzeri) yarayan sayılardır. Mach sayısı ise bize bir ortamda ses hızına çıkılıp çıkılmadığı ve ses hızına yakınlık seviyesi ile ilgili bilgi verir. Sesin ortam şartlarındaki hızını baz alarak, akışın ses hızının üzerinde yada altında olunduğu bilgisini sağlar.

Ma = V/c

Bu formülde C ortamdaki ses hızıdır. V ise akışın hızıdır. Ma = 1 olması akışın ses hızında olduğu anlamına gelir. Ma 1 ses üstü hızlardır.

SONIC PATLATMA VE ŞOK DALGALARI

Yukarıda bahsettiğimiz Ma = 1 veya Ma> 1 olması durumunda ses hızına ve ses hızının üstüne çıkılır. Bu durum ise sonicdalagaların oluşumuna yol açar. Etrafa şok dalgaları yayılır. Bu dalgalar moleküller üzerinde titreşim etkisi yarattığından üst üste binmiş ses dalgalarının titreşim etkisi de katlanmış olur. Bu durum sonic patlama etkisine yol açar. Örneğin uçaklarda, uçağın önünde biriken ses dalgaları sonic patlamalara neden olur.

Akışın etkisi seviyesini arttırmak amacıyla farklı geometriler kullanılarak ses üstü hızlara çıkmak ve sonic patlamalar meydana getirmek mümkündür.

Sonic patlamalar sayesinde ortaya çıkan büyük kuvvetlerin uzak mesafelere bile ulaşabilen yıkıcı etkisi yadsınamaz.