Jak wytworzyć naddźwiękową falę

To niespodziewane odkrycie rozszerza naszą wiedzę na temat aerodynamiki i może pomóc m.in. w stworzeniu bardziej efektywnych pojazdów.

Badaniem niezwykłego zjawiska zajmował się Stephan Gekle, magistrant pracujący na holenderskiej uczelni. Młody badacz obserwował fale powstające na powierzchni wody po uderzeniu płaskiego dysku, a więc w sytuacji podobnej do zabawy w "puszczanie kaczek" z brzegu jeziora.

Jak się okazało, powietrze poruszone przez krążek wybija w powierzchni wody podłużną szczelinę. Po chwili zostaje ona ściśnięta przez otaczającą ciecz i przyjmuje kształt klepsydry. Po zaledwie kilku milisekundach zwężenie w środkowej części fali zaciska się jeszcze bardziej, zwiększając ciśnienie powietrza zamkniętego pomiędzy powierzchnią wody a wciąż opadającym "kamieniem".

Zaraz po tym, jak szyjka "klepsydry" zamyka się całkowicie, ciśnienie powietrza przekracza krytyczną wartość i powoduje nagłe wystrzelenie strugi gazu. Na podstawie serii pomiarów ustalono, że strumień ten, mający szerokość ok. 1 mm, osiąga prędkość dźwięku. Obserwacja ta zaskoczyła nawet samego autora studium, gdyż jedyne dostępne dotąd (i do tego czysto teoretyczne) dane zakładały, że naddźwiękowe strugi powietrza mogłyby mieć co najwyżej szerokość mierzoną w mikrometrach. To ekscytujące i zaskakujące, że dzieje się to tak naprawdę przy makroskopowych rozmiarach szyjki, podkreśla badacz.

Naddźwiękowa fala zScience News na Vimeo.

Źródło: Stephan Gekle

Dokonane odkrycie może mieć istotne znaczenie dla m.in. badań z zakresu aerodynamiki i hydrodynamiki. Dokładne zrozumienie zjawisk rządzących przepływem cieczy oraz gazów może ułatwić uporządkowanie ich przepływu wokół różnych obiektów, zmniejszając tym samym ilość energii potrzebnej do utrzymania ich w ruchu. Efektem takich działań może być m.in. zmniejszenie zużycia paliwa przez nasze samochody lub poprawę sprawności elektrowni wiatrowych.

Autor: Wojciech Grzeszkowiak