Als je de motoren van een vliegtuig hoort, zijn dat geluidsgolven die zich als onzichtbare ringen verspreiden. Geluid bestaat uit drukgolven en dat wat wij horen als geluid, is de frequentie van die golven.
Beweegt het vliegtuig zich voort, dan worden de geluidsgolven voor het vliegtuig samengeperst, want de geluidsbron nadert de net gemaakte golven weer.
Dat resulteert in een hogere frequentie voor en een lagere frequentie achter het vliegtuig. De frequentie die geobserveerd wordt, hangt dus af van de geluidsbron en de observeerder.
Dat verschijnsel wordt het dopplereffect genoemd, en dankzij dat effect kan een vliegtuig de geluidsbarrière doorbreken.
VIDEO: Ontdek meer over het dopplereffect
Wanneer doorbreekt een vliegtuig de geluidsbarrière?
Als het vliegtuig steeds sneller gaat, worden de geluidsgolven voor het vliegtuig steeds korter, waardoor de geluidsfrequentie hoger wordt.
En als het vliegtuig de snelheid van het geluid bereikt, worden de geluidsgolven zo erg samengeperst dat ze een soort muur vormen in de vorm van een schokgolf. En dat is de geluidsbarrière.
De snelheid van het geluid hangt af van de temperatuur en het materiaal waar het geluid doorheen moet. In de lucht, met 15 °C, is die snelheid 340 meter per seconde – 1224 kilometer per uur.
Hoe hoger in de lucht, hoe kouder, en hoe lager de snelheid van het geluid is.
Op 10 kilometer hoogte kan het wel -60 °C zijn, en een vliegtuig op die hoogte hoeft dan maar 1062 kilometer per uur te vliegen om door de geluidsbarrière te gaan.
Waarom maakt het zo’n kabaal als de geluidsbarrière doorbroken wordt?
Als een vliegtuig door de geluidsbarrière gaat, geeft dat een harde knal. Dat komt doordat het vliegtuig zijn eigen geluid inhaalt.
Als het vliegtuig zijn eigen geluidsgolven inhaalt, zijn ze zo erg samengeperst dat er geen geluid meer voor het vliegtuig is. Dat creëert grote drukverschillen, en dat horen wij als een knal.
VIDEO: Zie en hoor een vliegtuig door de geluidsbarrière gaan
Een vliegtuig dat sneller dan het geluid gaat, laat een supersonische schokgolf achter zich. Dat maakt zo’n kabaal, dat het supersonische passagiersvliegtuig de Concorde alleen boven zee door de geluidsbarrière mocht gaan.
De geluidsbarrière is ook zichtbaar
De geluidsbarrière is geen echte muur, maar lijkt op een koker. De geluidsbarrière is meestal niet zichtbaar, alleen met de juiste weersomstandigheden.
In dat geval zie je een kegelvormige wolk achter het vliegtuig. Hoe sneller het vliegtuig gaat, hoe spitser de wolk zal zijn.
De wolk bestaat uit kleine waterdruppels en ontstaat doordat de lucht zo erg samengeperst is dat het water verdicht en een wolk vormt.
Dit verschijnsel is zichtbaar als een vliegtuig door de geluidsbarrière gaat, maar de kegelvormige wolk kan ook op andere manieren ontstaan.