Механика

Движение звуковых источников

Вы, наверное, замечали, как изменяется звук сирены электропоезда, проносящегося мимо платформы, на которой вы стоите. Когда поезд приближается, тон сирены выше, а когда он удаляется - ниже. Почему это происходит? Ведь сирена все время дает одинаковое количество колебаний. Дело в том, что она движется. Поэтому, когда сирена приближается к вашему уху, ее скорость добавляется к скорости посланных ею же звуковых волн и в ухо они приходят чаще. А когда сирена удаляется от вас, скорость ее вычитается из скорости звуковых волн и к неподвижному наблюдателю они приходят реже. Такое изменение частоты или длины волны при движении их источника называют эффектом Доплера. Эффект Доплера наблюдается для любых волн - не только звука, но и света и радиоволн.

А что будет, если источник звука летит на вас со скоростью звука или даже быстрее, чем звук? Реактивный самолет обгоняет свой звук. Сначала вы увидите летящий низко самолет, а затем уже, когда самолет скроется, вы услышите звук более низкий, чем тот, который можно услышать на аэродроме при старте. Все звуковые колебания воздуха должны оставаться сзади самолета, в конусе, угол которого тем меньше, чем скорость самолета больше скорости звука.

Но самолет - источник очень сильных возмущений. При полете со сверхзвуковой скоростью воздух перед ним уплотняется - там резко возрастают и давление и температура. Этот слой удается сфотографировать, настолько в нем отличны и плотность, и коэффициент преломления от обычного воздуха. Скорость звука в таком слое становится несколько больше обычной. Но самолет обгоняет звук, возникает так называемая ударная волна. Она не может опередить летящий сверхзвуковой самолет, отстает от него и распространяется только в стороны, но не вперед. Энергия ударной волны поэтому почти - не уменьшается, и звук ее подобен удару грома. Иногда в безоблачный день вы его слышите. С удивлением ищете в небе грозовое облако, но, приглядевшись, видите вместо него серебристую точку... Это скоростной самолет, а удар "грома" -это его ударная волна.