Yolunuzu bir bariyerin kapattığı söylenirse ilk aklımıza gelecek şey, yolu fiziksel bir engelin kapattığı olur. Kavramın yarattığı bu algı, havacılıkta kullanılan ses bariyeri teriminin anlaşılmasını güçleştirebilir. Ses bariyeri ile kast edilen sesin hızıdır. Ses bariyerinin aşılması demekte de sesten daha hızlı giden bir nesnenin varlığına işaret eder.
Soyut gibi görünen bu açıklamaları bir kenara bırakıp daha somut detaylara girelim. Ses bariyeri nedir ve nasıl aşılır?
Ses Bariyeri Nedir?
Ses bariyeri, herhangi bir nesnenin veya uçağın ses hızına yaklaştığında ortaya çıkan hava direnci miktarıdır. Sesin hızı, daha spesifik olarak, titreşimlerin havada hareket edebildiği maksimum hızdır. Bir nesne, havada hareket ederken, önü de dahil olmak üzere dört bir yanına ses dalgaları gönderir. Bir nesnenin giderek hızlanıp neden olduğu sesin hızını yakaladığı noktada yüksek seviyede bir hava direnci ve sürtünme ortaya çıkar.
Bu fenomeni anlamanın en kolay yolu, durgun bir suya taş attığınızda suyun yüzeyindeki dalgaları hayal etmektir. Taşın düştüğü noktanın etrafına dalgalar yayılır. Eğer bir tekne ile suda ilerliyorsanız, teknenin burnunun önünde dalgalar oluşur. Benzer şekilde, bir uçak veya başka herhangi bir nesne havada uçarken, düzlemin önündeki ses dalgaları yolun dışına çıkar ve nesnenin önünde sık “dalgalar” oluşturur. Ancak hız arttığında bu ikisi arasında çok farklı bir şey olur. Bir sürat motoru sakin bir gölde hızla ilerlediğinde, teknenin önündeki su, yolun dışına çıkmaz ve bu yüzden dalgalar yaymaz. Bunun yerine dalgalar birleşmeye başlar. Enerji, ardında geniş tek bir dalga bırakır. Aynı durumun havada olduğunu düşünün. Bir uçak ses hızını aştığında (havanın ısısına, yerden yüksekliğe ve basıncına göre değişmekle birlikte bu hız yaklaşık 1.100 km/saattir.) ses dalgalarının duvarı sıkışmaya başlar. (Yukarıdaki resimde ses dalgalarının hızla nasıl sıklaştığını görebilirsiniz.) Bu sıkışık ses dalgalarına rüzgâr duvarı denir. Hareket eden objenin ardında suda oluşan geniş tek bir dalga gibi bir alan oluşur. Nasıl ki sürat motorunun ardındaki dalga, önündekinden çok daha geniş ve güçlüyse uçağın geride bıraktığı ses dalgalarının gücü böyledir ve buna sonik patlama denir.
Aşılan Bir Şeye Neden Bariyer Deniliyor?
Terim olarak buna bariyer denmesi aslında doğru bir kullanım değildir. Eskiden ses hızının insanın yapacağı araçlarla ulaşabileceği en yüksek hız olduğuna inanıldığı için bu terime ses bariyeri denilmiştir. Daha önceki uçak modellerinde belli bir hızın üzerinde uçmaya kalkıldığında uçak parçalanmaya başladığından bunun mümkün olmadığı sanılmıştır. Ancak daha kuvvetli yapı malzemelerinin geliştirilmesi, havacılık mühendisliği ve akışkanlar dinamiği hakkında sağlanan bilgi birikimi sayesinde bugün ses hızını aşabilecek kadar dayanıklı araçlar yapılabiliyor. Bu da aslında yüzyıllardır aşina olduğumuz, örneğin sesten daha hızlı hareket eden bir kırbacın şaklaması gibi minik ses patlamalarının daha büyükleri ile tanışmamıza neden oluyor.
Ses Bariyerini Aşmak Çok mu Zor?
Ses bariyerini geçmek zordur ancak güçlü motorlar ve dayanıklı yapı malzemeleri ile ses bariyeri aşılabilir. Üstelik 1940’ların sonlarından bu yana ses bariyerini aşan hızda hareket eden araçlar yapabiliyor. Bununla birlikte ses bariyerini aşan araçların neden olduğu yankı son derece ürkütücüdür. Nitekim 14 Temmuz 2016’nın darbe kalkışması sırasında çoğumuz bu yankının ne kadar ürkütücü olduğunu deneyimledik.
Ses Hızını Aşınca Ne Olur?
Bir uçağın ses hızını aşması demek; kelimenin tam anlamıyla uçağın, onun yarattığı sesten daha hızlı gittiği anlamına gelir. Başka bir deyişle uçağın hızı onun sesini duyma hızımızdan daha yüksek demektir. Bu da sonik patlamaya ve duymayanlara anlatılması zor, korkunç bir gürültüye neden olur. Uçak son derece yumuşak bir şekilde hareket ederken uçağın hızı subsonikten (sesten yavaş) süpersoniğe (sesten hızlı) ulaşır. Ancak bu hızda hareket edildiğinde akışkan dinamiği ve hava basıncı biraz farklıdır. Baskı merkezi geriye kayar ve dengenin sağlanmaması durumunda kontrol kaybına neden olur. Bu hızda uçan pilotlar, en küçük hatalarının büyük felaketlere yol açabileceğini çok iyi bilirler. Bu yüzden de insan hatalarının önlenebilmesi için pek çok geliştirme yapılmıştır. Süpersonik seyahatlerin öngörülmez doğası ve bu uçuşların şehirlerin üzerinden geçerken neden oldukları büyük gürültü ticari uçakların ticari başarı elde etmesini engellemiştir. Bu nedenle Concorde jetleriyle denenmiş olan ticari girişim başarılı olamamıştır.
İnsan vücudunun süpersonik yolculuk riskleri araştırıldığında, vücudumuzun ses hızından 4-5 kat daha hızlı farklı maklarda (uçağın ses hızına oranı) sorun yaşamadığı görülmüştür. Örneğin Felix Baumgartner’in, yeryüzünden yaklaşık 39 km (128 bin feet) yükseklikten bir uçağın koruması olmadan gerçekleştirdiği rekor kıran atlayışı çok daha tehlikelidir. Bedenin merkezi bir eksen etrafında dönmeye başlaması, kanın ayak ve baş bölgesinde yoğunlaşmasına neden olur. Bu da bilinç kaybına hatta kan basıncının düzeltilmemesi durumunda ölüme yol açabilir. Neyse ki insanın ses bariyerini bir uçak olmadan aşması mümkün değildir. Hatta Felix Baumgartner bunu yapan tarihteki ilk kişi olmuştur.
Ses bariyerini aşmak çok büyük bir şey gibi görünebilir fakat havacılıkta oldukça yaygındır. İnsanoğlunun ses hızından sonraki hız hedefi, ışık hızına ulaşmak olabilir ama tabi bunun nasıl mümkün olabileceğini anlamak için bile evrenin tüm fizik yasalarını keşfetmemiz gerekir.
Kaynaklar: