Hoe ontstaat het kabaal van de geluidsbarrière?

Vliegt een vliegtuig sneller dan het geluid, dan gaat het door de geluidsbarrière. Maar wat gebeurt er als de geluidsbarrière doorbroken wordt?

Vliegt een vliegtuig sneller dan het geluid, dan gaat het door de geluidsbarrière. Maar wat gebeurt er als de geluidsbarrière doorbroken wordt?

Shutterstock

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.

Eend maakt ringen in het water

De golven die zich om de eend heen vormen, lijken op de geluidsgolven die ontstaan bij een vliegtuig dat de geluidsbarrière doorbreekt.

© Shutterstock

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, verhoogt de druk en ontstaat er een schokgolffront, oftewel een geluidsbarrière.

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.

Concorde passagiersvliegtuig

Dit is een British Airways Concorde-vliegtuig

© Shutterstock

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.

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.

Vliegtuig doorbreekt geluidsbarrière

Bij de juiste weersomstandigheden zie je de geluidsbarrière als een soort kegelvormige wolk.

© Shutterstock

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.