Af hverju myndast hringlaga ský þegar flugvélar brjóta hljóðmúrinn?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Af hverju myndast hringlaga ský þegar flugvélar brjóta hljóðmúrinn?
Upphafleg spurning var sem hér segir:

Hver er ástæðan fyrir því að hringlaga ský virðist myndast þegar flugvélar brjóta hljóðmúrinn?

Yfirleitt er nokkur raki (vatnssameindir) í öllu lofti í náttúrunni. Þessi raki er í gasham sem kallað er og er með öllu ósýnilegur. Hann er kallaður vatnsgufa (e. steam) en það orð er þó oft líka notað um vatnsúða. Þegar við sjáum straum út um stút á katli er ósýnileg vatnsgufa næst stútnum en lengra frá honum hefur hún kólnað nægilega til þess að örsmáir vatnsdropar myndast og halda áfram burt frá katlinum. Þetta köllum við vatnsúða (e. vapor, vapour).

Við tiltekin skilyrði getur aðeins verið tiltekið hámarksmagn af vatnsgufu í ákveðnu rúmmáli lofts. Þegar þessu magni er náð er talað um að loftið sé mettað eða við daggarmark. Hiti og þrýstingur eru helstu atriðin sem hafa áhrif á þetta. Kalt loft getur haldið í sér minni vatnsgufu en heitt. Þegar heitt loft kólnar endar það þess vegna með mettun; vatnið í því fer að þéttast og mynda vatnsúða, það er að segja örsmáa sýnilega dropa sem ýmist rjúka burt eða falla til jarðar. Það er einmitt þetta sem gerist þegar ský myndast í lofthjúpnum og skila jafnvel vatnsdropunum til jarðar sem rigningu.

Þrýstingur í tilteknu loftmagni er tengdur bæði rúmmáli þess og hita. Ef einangraður loftmassi þenst skyndilega út kólnar hann. Ef kólnunin nær niður fyrir daggarmark þéttist vatnið í honum og dropar myndast.

Í dæminu um hraðsuðuketilinn hér á undan sjáum við þetta gerast fyrir augunum á okkur í eldhúsinu. Við sjáum þetta líka þegar við lítum til himins í björtu veðri og sjáum hvítu rákirnar sem myndast þegar þotur fljúga yfir. Þotur voru í fyrstu kallaðar „þrýstiloftsflugvélar“ á íslensku og það er lýsandi heiti því að þær sjúga að sér loft og þrýsta því síðan frá sér með miklum krafti. Þotuhreyfillinn þrýstir einnig frá sér hvers konar gastegundum sem myndast við brunann í honum, þar á meðal vatnsgufu. Allt þetta loft þenst út og kólnar og getur mettast þannig að rakinn þéttist eins og í skýjum. Sömuleiðis getur loftraki þést kringum vængenda, hreyfilspaða og brúnir á skrokki flugvéla vegna lofthvirfla sem myndast þar, og þarf þá ekki þotu til.

Þegar þota fer hraðar en hljóðið í lofti verða miklar og snöggar þrýstingssveiflur við stafn höggbylgjunnar sem myndar keilu út frá hlutnum eins og myndin sýnir. Í bylgjudölunum þar sem þynning loftsins er mest kólnar það nóg til að rakinn í því þéttist og við sjáum keilulaga „væng“ út frá þotunni að aftan. Þegar lengra dregur frá henni dofna þessar sveiflur og duga þá ekki lengur til að þétta rakann. Þess vegna nær vængurinn aðeins út í takmarkaða fjarlægð frá hlutnum, samanber myndina.

Frekara lesefni:

• Contrail - Wikipedia. (Sótt 5.12.2017).

Myndir:

• A340-313X.jpg - Wikimedia Commons. (Sótt 23. 11. 2017).
• jet engine - Do propeller planes give contrails like jets do? - Aviation Stack Exchange. (Sótt 23. 11. 2017).
• FA-18 going transonic.JPG - Wikimedia Commons. (Sótt 23. 11. 2017).

...