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정신체조수학

음속 폭음(sonic boom)

by mathpark 2014. 12. 8.
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잔잔한 호수에 돌을 던지면 동심원의 파문이 생기는데, 이러한 파문은 보트가 지나갈 때도 보트의 앞과 뒤에 생긴다. 그런데 보트의 속력이 파문의 속력보다 빠르면 이 파문들이 합쳐져서 V자 모양의 파를 보트의 앞과 뒤에 형성한다.

이와 비슷한 현상은 하늘을 나는 비행기 주변에서도 일어난다. 비행기가 날 때 비행기의 앞과 뒤의 공기의 흐름으로 압력파를 형성하고, 이 압력파는 소리의 속력만큼 빠르게 움직인다. 비행기의 속력이 빨라지면 빨라질수록 이 압력파들이 점점 압축되고, 급기야 비행기의 속력이 소리의 속력보다 빨라지면 압축파들이 비행기의 앞부분과 뒷부분에 원뿔 모양의 강력한 충격파를 형성한다.

이 충격파가 지상에 도달하면 우리는 큰 소리를 듣게 되는데, 이를 음속 폭음(sonic boom)이라고 한다. 이 음속 폭음 때문에 유리창이 깨지는 등 피해가 발생할 수 있어서 주거 지역에서는 음속 이상의 비행이 제한되는 것이다.

그러나 비행기가 높은 고도를 유지하며 수평으로 비행하는 경우에 발생한 충격파는 지면에 도달하면 에너지를 대부분 잃어버려 소리를 들을 수 없을 정도가 된다.

의 속력으로 날아가는 비행기가 다음 그림과 같이 꼭짓각의 크기가 인 원뿔 모양의 충격파를 만들 때, 을 만족한다고 한다.








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