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.
Dit verschijnsel heet het dopplereffect, en het verklaart wat er gebeurt als een vliegtuig door de geluidsbarrière gaat.
VIDEO: Ontdek meer over het dopplereffect
Luchtweerstand wordt ervaren als muur
Als het vliegtuig steeds sneller gaat, worden de geluidsgolven voor het vliegtuig steeds korter, waardoor de geluidsfrequentie hoger wordt.
Als het vliegtuig de geluidssnelheid bereikt, worden de geluidsgolven vóór het vliegtuig zo sterk samengedrukt dat de weerstand in de buurt van de geluidssnelheid toeneemt. Deze weerstand wordt de geluidsmuur genoemd.
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.
De golven die zich om de eend heen vormen, lijken op de geluidsgolven die ontstaan bij een vliegtuig dat de geluidsbarrière doorbreekt.
Geluidsgolven lijken op golven in het water
Geluidsgolven lijken een beetje op golven in het water. Als een eend in een eendenvijver zwemt, verspreidt het water zich van hem vandaan.
Als de eend naar voren zwemt, zullen er nieuwe golven ontstaan, waardoor de eerste golven zich verder verspreiden. En als de eend snel genoeg zwemt, zullen de nieuwe golven de eerste golf inhalen.
Net als de watergolven, bestaat geluid uit golven die zich voortbewegen door een stof. Als de ene golf de andere inhaalt, ontstaan er drukgolven die de luchtweerstand verhogen. Dit wordt de geluidsbarrière genoemd.
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.
De supersonische knal die je hoort, wordt echter niet veroorzaakt doordat het vliegtuig de drukgolven doorbreekt. De drukgolven buigen naar achteren als de snelheid van het vliegtuig toeneemt. De knal treedt op op het moment dat de schokgolven de grond raken.
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.
Dit is een British Airways Concorde-vliegtuig
De Concorde is het snelste passagiersvliegtuig
De Concorde was een supersonisch vliegtuig dat sneller dan het geluid kon. Het Concorde-vliegtuig wordt niet meer gemaakt, maar is nog steeds recordhouder als het snelste passagiersvliegtuig.
Het vliegtuig kan niet alleen sneller vliegen dan het geluid, maar zelfs twee keer zo snel als het geluid – met een recordsnelheid van 2179 kilometer per uur.
De Concorde vloog 27 jaar lang commercieel, maar in 2003 steeg voor het laatst een Concorde op. Het olieslurpende vaartuig was niet meer rendabel, en bovendien waren mensen bezorgd over de geluidsoverlast door de hoge snelheid.
Kun je de geluidsbarrière zien?
De geluidsbarrière zelf is onzichtbaar, maar onder de juiste weersomstandigheden kun je soms een kegelvormige wolk zien wanneer een vliegtuig door de geluidsbarrière breekt. Hoe sneller het vliegtuig gaat, hoe puntiger de wolk is.
Bij de juiste weersomstandigheden zie je de geluidsbarrière als een soort kegelvormige wolk.
De wolk bestaat uit waterdruppeltjes en wordt gevormd doordat de lucht rond het vliegtuig eerst wordt verhit door de schokgolf en daarna snel afkoelt als de schokgolf passeert. De lagere temperatuur zorgt ervoor dat de lucht condenseert en waterdruppels vormt, die te zien zijn als een kegelvormige wolk.
Dit verschijnsel is te zien als een vliegtuig door de geluidsbarrière gaat, maar de kegelvormige wolk kan ook optreden als een vliegtuig minder snel dan het geluid vliegt.