***Rázová vlna

Pohybuje-li se ve vzduchu těleso rychlostí o velikosti větší než je velikost zvuku ve vzduchu, může vzniknout zajímavý jev, kterému se říká zvukový (sonický) třesk neboli rázová vlna. Tento jev ale vzniká poměrně řídce, ačkoliv jsou splněny výše uvedené podmínky.

Rázová vlna bývá občas slyšet za letícím letadlem.

Pohybuje-li se těleso vzduchem (obecně plynem), který se nachází v klidu (ve stavu rovnováhy), pak toto těleso nutně svým pohybem stav rovnováhy naruší. Vznikne tzv. porucha rovnovážného stavu, která se počne vzduchem šířit. Jestliže tyto poruchy trvají dostatečně dlouho, nebo se opakují s dostatečně velkou periodou, dokážeme je vnímat sluchem a nazýváme je zvuk.

Když se bude těleso pohybovat konstantní rychlostí menší než velikost rychlosti zvuku v daném prostředí, pak se poruchy, které těleso způsobí, budou šířit všemi směry a vytvoří se přibližně kulová vlna (viz obr. 58).

Vzhledem k tomu, že uvažujeme pohyb letadla, které je od nás velmi daleko, je na obrázcích zakresleno pouze jako bod.

Obr. 58

Vztah mezi velikostí rychlosti pohybu tělesa v a velikostí rychlosti zvuku v daném prostředí a v dané výšce vyjadřuje tzv. Machovo číslo M: ; .

Mohou nastat 3 případy:

1. - tato rychlost tělesa se nazývá podzvuková (subsonická) rychlost a

2. - těleso se pohybuje rychlostí zvuku (v daném prostředí) a (viz obr. 59)

3. - tato rychlost tělesa se nazývá nadzvuková (supersonická) rychlost a (viz obr. 60)

Stálé zdůrazňování faktu, že se jedná o rychlost zvuku v daném prostředí a v dané výšce, není zbytečné. Velikost rychlosti zvuku se totiž např. ve vzduchu výrazně mění s rostoucí nadmořskou výškou: klesá totiž hustota vzduchu. Proto Machovo číslo, které je platné pro výšku např. 1 kilometr není možné použít pro výšku např. 10 kilometrů.

Obr. 59

Překročí-li letadlo velikost rychlosti zvuku, pak poruchy, které svým pohybem způsobuje, nechává za sebou. Poruchy se totiž šíří rychlostí zvuku a letadlo se pohybuje do prostředí, které je v klidu, tj. není narušeno žádnou zvukovou vlnou. Kdybychom se nacházeli na úrovni pohybu letadla a letadlo by se pohybovalo směrem k nám, mohli bychom letadlo pouze vidět, nikoliv slyšet.

Na obr. 60 je zobrazena situace, kdy velikost rychlosti tělesa převyšuje velikost rychlosti zvuku. Z tohoto obrázku je patrné, že šířící se poruchy vytváří kužel. Jelikož je prostředí (vzduch) vně kužele v klidu, dochází pohybem tělesa do tohoto prostředí ke skokové změně hustoty prostředí a tedy i jeho tlaku. Tato skoková změna tlaku (porucha) se nazývá rázem, který se šíří prostředím jako rázová vlna. Skokový nárůst tlaku se postupně v daném místě vyrovnává, což má za následek, že časový průběh rázové vlny má tvar písmene N (viz obr. 61).

Z obr. 60 je zřejmé, že nejhlasitěji bude rázová vlna vnímána přímo pod dráhou pohybujícího se tělesa, protože se rázová vlna velmi rychle tlumí při šíření vzduchem; přímo pod drahou tělesa urazí nejkratší vzdálenost směrem k pozorovateli. Navíc se uplatňuje vliv lomu zvukových paprsků, takže pod dráhou letadla je hladina akustického tlaku výrazně vyšší (dosahuje hodnot až ) než v oblastech přilehlých.

I když je rázová vlna vytvářena tělesem po celou dobu jeho nadzvukového pohybu, případný pozorovatel může slyšet rázovou vlnu pouze jedenkrát, a to v okamžiku protnutí Machovy linie (viz obr. 60) s místem pozorovatele. Úhel , který svírá Machova linie se směrem pohybu tělesa, je dán vztahem .

Není pravda, že rázovou vlnu (zvukový třesk) slyšíme pouze v okamžiku překročení rychlosti zvuku.

Obr. 60	Obr. 61

Kromě letícího letadla je možné se s rázovou vlnou setkat např. při výstřelu ze zbraně, různých explozích, práskání biče, …