Blockdit Logo (Mobile)
Spaceth.co
•
26 ส.ค. 2023 เวลา 05:18 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี

ปรากฏการณ์ในรูห ไม่ได้ถูกเรียกว่า “Sonic Boom”

อาจเป็นเรื่องที่ชวนสับสนกันบ้างเมื่อหากเราค้นหาคำว่า “Sonic Boom” ลงไปใน Search Engine ต่าง ๆ แล้วเรากลับได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นรูปของเครื่องบินที่มีกลุ่มหมอกทรงประหลาดตาอยู่บริเวณรอบลำตัวเครื่อง และมันก็ทำให้หลายคนเชื่อกันตาม ๆ มาว่าปรากฏการณ์ Sonic Boom คือการที่เครื่องบินหรือยานพาหนะต่าง ๆ ทำความเร็วในช่วง 1 มัค หรือกำลังฝ่ากำแพงเสียง และมักตื่นเต้นเวลาเห็นภาพถ่ายหรือวิดีโอของปรากฏการณ์เหล่านั้น
ซึ่งจริง ๆ แล้วมันเป็นความเชื่อที่ผิดเต็ม ๆ สำหรับปรากฏการณ์ดังกล่าวในความเป็นจริงแล้วมีชื่อที่เรียกกันแบบเข้าใจง่าย ๆ ว่า “Vapor Cone” หรือกรวยไอน้ำ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจากพฤติกรรมการไหลของของไหลอย่าง “Expansion Fan” ที่เกิดจาก Shock Wave สร้างพื้นที่ให้เกิดการขยายตัวของอากาศ (Expansion)
ก่อนที่จะเข้าใจพฤติกรรมของ Vapor Cone ที่เกิดขึ้นจาก Expansion Fan มาเข้าใจกันก่อนว่า Shock Wave เกิดขึ้นได้เพราะอะไร ซึ่งอาจผ่านหูผ่านตากันมาตั้งแต่สมัยเรียนม. ต้นกันบ้างแล้วว่า Shock Wave คือปรากฏการณ์ที่วัตถุบางอย่างเครื่องที่ด้วยความเร็วสูงกว่าความเร็วที่เสียงเดินทางในอากาศในพื้นที่นั้น หากให้อธิบายแบบเชิงวิทยาศาสตร์จริง ๆ มันคือการสั่นสะเทือนของโลเมกุลในอากาศที่ส่งความถี่ของการสั่นสะเทือนไปยังโมเลกุลที่อยู่โดยรอบ
2
ทีนี้ เมื่อโมเลกุลในอากาศไม่สามารถส่งความถี่ของการสั่นไปยังโมเลกุลอื่น ๆ ได้เร็วพอ (ในที่นี้คือมีวัตถุที่ทำความเร็วสูงกว่าเสียงมาสร้างการสั่นสะเทือนของโมเลกุลในอากาศ) ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า Shock ขึ้น โดยส่งผลไปยังโมเลกุลในอากาศที่อยู่ในแนวของการสั่นสะเทือนไปในวงกว้างจนกลายเป็นคลื่นซึ่งกลายเป็น Shock Wave ในที่สุด
ส่วนสำหรับกำแพงหรือผนัง Shock Wave ในโลกของความจริงแล้วมีความบางอยู่ที่ราว 1 ใน 1,000 เท่าของความบางเส้นผมของมนุษย์ ปรากฏการณ์นี้ยังก่อให้เกิดคลื่นเสียงดังคล้ายฟ้าผ่าซึ่งตรงนี้นี่เองที่เกิดปรากฏการณ์ “Sonic Boom”
1
กลับมากันที่ Expansion Fan ซึ่งเกิดจากการที่มีแนวของ Shock Wave มาเป็นอุปสรรคของการไหล จนสร้างพื้นที่ว่างของการขยายตัวในอากาศ โดยตามหลักการทำงานของปีกอย่างง่ายแล้ว มันคือการที่พื้นผิวบริเวณเหนือปีกเร่งความเร็วของการไหลในอากาศเพื่อลดความดันเหนือพื้นผิว ในขณะที่พื้นที่ใต้ปีกจะพยายามไม่ไปเปลี่ยนความเร็วการไหลของอากาศซึ่งจะทำให้มีความหนาแน่นและความดันสูงกว่าพื้นที่เหนือปีก ทำให้เกิดแรงยก
1
ในส่วนของพื้นที่เหนือปีก อากาศจะถูกเร่งขึ้นทำให้มีความเร็วของการไหลสูงกว่าความเร็วของเครื่องบินทั้งลำ แปลว่าแม้ว่าตัวเครื่องจะทำความเร็ว Subsonic แต่อากาศที่ถูกเร่งขึ้นเหนือปีกก็สามารถทำความเร็วเสียงหรือสูงกว่า (Supersonic) ได้ ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์ Shock Wave ขึ้น ส่งผลให้เกิด Expansion Fan ซึ่งเป็นพื้นที่สำหรับการขยายตัวในอากาศที่สามารถเกิดพฤติกรรมการควบแน่นได้
ประกอบกับการเดือดของน้ำไม่จำเป็นต้องมีอุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เมื่อความดันอากาศน้อยลงจุดเดือดก็จะต่ำลงมา เมื่อจุดเดือดต่ำลงมาถึง Dew Point หรือจุดน้ำค้าง จะเป็นช่วงที่ทำให้เกิดการความแน่นของไอน้ำในอากาศจนเห็นได้ด้วยตาเปล่า (ซึ่งมักพบเห็นประจำอย่างกลุ่มเมฆและหมอก) ทำให้ในพื้นที่ของ Expansion Fan สามารถเกิดหมอกขาว ๆ ขึ้นกลายเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “Vapor Cone” ในที่สุด
แต่เนื่องด้วยปริมาณน้ำในแต่ละบริเวณของอากาศมีปริมาณไม่เท่ากัน ในบางพื้นที่มีมากพอทำให้เกิดการความแน่นได้ แต่บางที่ก็มีน้ำไม่มากพอ ทำให้เราจะเห็นปรากฏการณ์ Vapor cone เกิดขึ้นเป็นครั้งคราวแม้ตัวเครื่องบินจะสร้าง Shock Wave อยู่ตลอดเวลาก็ตาม
3
สรุปแล้ว Sonic Boom เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ Shock Wave โดยเครื่องบินไม่จำเป็นต้องบินด้วยความเร็วเท่ากับหรือมากกว่าเสียงเพื่อสร้าง Shock Wave แต่ขึ้นอยู่กับความเร็วการไหลของอากาศบนบางพื้นที่ของตัวเครื่อง ส่วนรูปภาพที่เห็นกันคือ Vapor Cone ซึ่งไม่ได้เกิดจากการที่เครื่องบินทำลายกำแพงเสียงหรือบินด้วยความเร็ว 1 มัคแต่เกิดขึ้นจากพฤติกรรมของการไหลที่เรียกว่า Expansion Fan และการที่จะเห็น Vapor Cone ได้ก็ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในอากาศที่ต้องมากพอให้เกิดการควบแน่น
สาระเพิ่มเติม - ในส่วนของจรวด การเกิด Vapor Cone ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นพร้อม Max-Q เสมอไป โดย Max-Q หรือ Maximum Dynamic Pressure คือช่วงที่ตัวจรวดรับ Load จากความดันและแรงต่าง ๆ ที่กระทำกับตัวจรวดสูงสุด ซึ่งเป็นหนึ่งในจุดที่ชี้ขาดว่าตัวจรวดในภารกิจนั้นจะประสบความสำเร็จหรือไม่
ภาพถ่ายภายนี้เป็นภาพของกระสวยอวกาศ Atlantis จากภารกิจ STS-106
5
โฆษณา