Աղմկոտ Եւ Անկոչ Պոչաւորներ

ԴՈԿՏ. ՀՐԱՉ ՊԱՐՍՈՒՄԵԱՆ

Լիբանանցիք (ցաւօք) վարժ դարձած են տեսնելու «հետախոյզ» օդանաւերու գծած հետքը: Գրեթէ առօրեայ սովորական երեւոյթ դարձած է նաեւ իսրայէլեան օդանաւերու ոռնոցը, որով յիշել կու տան իրենց կարողութիւնը` հարուածելու ինչ կամենան: Պիտի փորձեմ տալ երկուքին պարզացուած բնագիտութիւնը:

Ա.- Սպիտակ պոչեր.- Բարձրէն անցնող ճամբորդական օդանաւեր, ինչպէս նաեւ իսրայէլեան ռազմական օդանաւեր իրենց ետին կը թողուն սպիտակ հետք, որուն գիտական եզրն է «con-tail» (condensation tail – խտացումի պոչ): Երկու հետքերու գոյացումներուն միջեւ առկայ է որոշ տարբերութիւն: Ճամբորդական օդանաւեր կը թռչին 10-11 քմ բարձրութեան վրայ, հետախոյզ օդանաւեր` «միջին բարձրութեան», որ կը նշանակէ շուրջ 3 քմ:

Սաստիկ ձմրան սպիտակ փոքրիկ «ամպ»-եր կը կազմուին մեր շունչի շոգիով եւ ինքնաշարժներու «մուխնելոյզ»-ի (ռchappement-արտաքսիչ) ետին: Օդանաւեր կը գործածեն վառելանիւթեր, որոնց բաղադրութեան մէջ ջրածինի (Hydrogen) համեմատութիւնը շատ աւելի բարձր է, քան` ինքնաշարժներու քարիւղին: Շարժակներէն դուրս կու գայ carbon dioxide (բնածուխի երկթթուակ) եւ անոր շուրջ 1/3 քանակով շոգի: Կողքի գծանկարը ցոյց կու տայ օդի միջին ջերմաստիճանը` ըստ բարձրութեան: Ճամբորդական օդանաւերու արտաքսած շոգին կը յաւելուի մթնոլորտին մէջ արդէն իսկ գտնուող այս կամ այն աստիճանի խոնաւութեան եւ կը հանդիպի – 60 աստիճանի սառն օդի եւ կը վերածուի սառի մանր հատիկներու, որոնք ի հարկէ սպիտակ են: Խտացումին կ՛օգնեն արտաքսուած մուրի մանր հատիկները (1): Այդ սպիտակ հետքը կը սկսի շարժակներէն քիչ մը աւելի ետեւ, այսինքն երբ շոգին սառչի, ապա տակաւ կը ցրուի, կը նօսրանայ, անտեսանելի կը դառնայ թերեւս տասնեակ մը երկվայրկեան ետք:

«Միջին բարձրութեան վրայ բացատրութիւնը աւելի բարդ է, քանի որ, ինչպէս վերեւի գծապատկերը ցոյց կու տայ, այդ բարձրութեան վրայ ջերմաստիճանը ինքնին բաւարար չէ սառեցնելու տաք շոգին: Բայց ինչպէս նախորդ յօդուածին մէջ նշած էի, օդանաւի թեւի ծայրամասէն դուրս կը փախչի արագ օդապտոյտ (vortex) (2): Ինչպէս կողքի գծանկարը ցոյց կու տայ, շարժակէն դուրս ժայթքող կազերը որոշ հեռաւորութեան վրայ կը հանդիպին թեւի ծայրէն «փախչող» պտոյտին: (Նկատել, որ գծանկարի մէջ ցոյց տրուած օդանաւի թեւերը փախուստը արգիլող պատուարներ չունին): Օդապտոյտի մէջ ճնշումը, ըստ Պերնուլլի յարաբերութեան, ցած է (2): Մեծ արագութեամբ (թերեւս 500 քմ/երկվ.) ցած ճնշումի բախող շոգին շատ արագ կ՛ընդլայնի: Այդ շարժումի գիտական եզրն է Adiabatic (ջերմապահ) expansion: Նման ընդլայնում ջերմաստիճանի անկում կը պատճառէ: Ի դէպ, նոյն այդ արագ ջերմապահ ընդլայնումի երեւոյթը կ՛օգտագործուի սառնարաններու եւ օդափոխիչներու մէջ: Բաղդատած վերի նկարագրութեան` այս հետքը աւելի արագ կը ցրուի եւ կ՛անհետանայ, երբ շփումի պատճառով կարճ հեռաւորութեան վրայ պտոյտը դանդաղի, եւ ջերմաստիճանը վերադառնայ բնականի:

Բ.- Ձայնի պատ.- Պայթիւն յիշեցնող որոտը այս կամ այն պատճառով ծանօթ է «ձայնի պատ» թիւր անուանումով: Որոտումը ուժեղ է, որովհետեւ կուտակուած «գումար»-ն է այն աղմուկներուն, զորս ձայնէն աւելի արագ ընթացող օդանաւը պատճառած էր որոշ ժամանակ` նախքան մեր գլխավերեւ հասնիլը:

Նուազ քան երկրորդական վարժարանի մակարդակով բնագիտութիւն բաւարար է բացատրելու երեւոյթը:

Ենթադրենք, որ ձայնը «U» արագութեամբ գնդաձեւ կը տարածուի: Գծանկարը ցոյց կու տայ հաւասար պահեր առաջ արձակուած 6 նման գունդեր: Ձախէն առաջինը ներկայ պահուն կ՛արձակուի, ուրեմն ունի զերօ շառաւիղ (radius): Վերջինը արձակուած է «t» ժամանակ առաջ, ուրեմն անոր շառաւիղն է «Ut»: Եթէ գծած ըլլայի շատ աւելի մեծ թիւով (իմա` անհամար) գունդեր, ապա այդ ալիքներու ճակատները (wave front) սահուն կերպով պիտի միանային կոնի մը մակերեսին վրայ: Քանի որ շառաւիղը ուղղահայեաց (perpendicular) է գունդի, ուրեմն եւ` կոնի մակերեսին, կարելի է գծել ցոյց տրուած ուղիղ եռանկիւնը, որմէ պարզ եռանկիւնաչափութեամբ (trigonometry) կ՛եզրակացնենք, որ կոնի սուր անկիւնը (?) կը հաշուարկուի sin (?)=U/V յարաբերութեամբ: Գծապատկերին մէջ այդ անկիւնը հաւասար է 30 աստիճանի, sin (30)=1/2: Այսինքն օդանաւը կ՛ընթանայ ձայնի կրկին արագութեամբ: Այդ մարզի բարբառով` 2 մախ արագութեամբ: Իսրայէլեան F16 տիպի օդանաւեր ատակ չեն 2 մախէ շատ աւելի արագ թռիչք կատարելու, մանաւանդ` ցած բարձրութեան վրայ, այսինքն շատ աւելի նուազ` քան 3 քմ: Ըստ ՆԱՍԱ-ի տուեալներուն, 3 հարիւր մեթր բարձրութեան վրայ թռչող օդանաւի մը գետնի վրայ ցնցումի տարածքը (որ կը կոչուի «գորգ» (carpet)), շուրջ 2 քմ է (3): Այսինքն մօտաւորապէս հաւասար` Պէյրութ քաղաքի «լայնքին»: Իսրայէլեան օդանաւեր հաւանաբար այդ բարձրութեան վրայ կ՛անցնին քաղաքի երկայնքին, որպէսզի ցնցումի գորգը ծածկէ ամբողջ քաղաքը:

Նոյն գծապատկերի վարի աջ անկիւնը ցոյց կու տայ, որ երբ մենք լսենք ձայնի պատը, օդանաւը արդէն հեռացած է: Եթէ վերի տրուած ենթադրութիւնները հեռու չեն իրականէն, ապա երբ լսենք որոտը, օդանաւը կը գտնուի մօտ 5 հարիւր մեթր հեռաւորութեան վրայ (= 300/tan (30):

Նկատողութիւններ.-

Ա.- Ոչ թէ մէկ, այլ երկու.- Ցնցումի ալիքը կը կոչուի N-Wave. ճնշումի (պարզացուած) գծագիրը ունի լատիներէն «N» տառի ձեւը: Նախ խտացում, ապա նօսրացում եւ ի վերջոյ` վերադարձ մթնոլորտի ճնշումին: Անգլիական նաւավարութեան բարբառով ալիքի յառաջամասը կը կոչուի ցռուկ (bow), իսկ յետսամասը` «պոչ» (tail): Նաւու յետսամասի հայերէն եզրն է «նաւախել»: Վեր ու վար երկու ցնցումներու միջեւ ժամանակամիջոցը մօտ 1/100 երկվայրկեան է (4): Գրեթէ անկարելի է պարզ ականջով զգալ, թէ ալիքը կրկնակի է:

Բ.- Ցուլի կոտոշ.- Ցնցումի պատը ուղիղ կոնաձեւ չէ, որովհետեւ ձայնը նոյն արագութեամբ չի տարածուիր բոլոր ուղղութիւններով: Դէպի վեր ուղղուող ալիքը կը հանդիպի աւելի պաղ օդի խաւերու, եւ հետզհետէ աւելի ու աւելի կը դանդաղի: Իսկ դէպի վար ուղղուող ալիքը կը հանդիպի աւելի տաք օդի խաւերու, եւ որքան մօտենայ գետնին, այդքան կ՛արագանայ: Հորիզոնական ուղղութեամբ արագութիւնը կը մնայ անփոփոխ: Կոնը ուրեմն կը կորանայ դէպի վար եւ կը ստանայ կոր կոտոշի ձեւ: Այս պատճառով ցնցումը պատճառող օդանաւի ճշգրիտ վայրը հաշուարկել կարելի չէ պարզ եռանկիւնաչափութեամբ:

Մեծարանքը` որպէս հուսկ բանք.- Ձայնի արագութեան փոփոխութիւնը ջերմաստիճանի հետ կարելի է հաշուել հետեւեալ պարզ տարազով U = 331.3 + 0.6T մեթր/երկվ. ուր T ջերմաստիճանն է: Երբ, ինչպէս այս օրերուն, օրինակ, ջերմաստիճանը 32 է, արագութիւնն է մօտաւորապէս 351 մ/երկվ. (տես էջատակ 3):

Ձայնի արագութեան տարազը 19-րդ դարու կիսուն արտաբերած էր անցեալ յօդուածին մէջ յիշուած բազմավաստակ Euler-ը` հիմնուելով Navier-Stokes operator գործարկուի (operator) եւ ալիքային շարժումի մասնակի տարբերական հաւասարութեան (partial differential equation) վրայ (5):

Հզօր համակարգիչներու յենած տաղտկալի յայտնաբերումներ կատարող նոր սերունդին հարկ է յաճախ յիշել տալ, որ աւելի քան երկու դար առաջ փայլուն մտքեր շշմեցուցիչ տեսութիւններ զարգացուցած են` զինուած պարզապէս թուղթ ու մատիտով եւ թերեւս հասարակ` «սահող քանակով» (slide rule) մը (6): Վայրկեան մը լռութիւն, առ ի յարգանք:

—————

1.- Ջուրի երկու մասնիկներու միջեւ եղած ձգողական ուժը բաւարար չէ ջուրի կաթիլ մը սկսելու: Արտաքսուած կազին մէջ գտնուող մուրի եւ այլ աւելի մեծ մասնիկները կ՛օգնեն ջուրի հատիկներու կազմութեան: Այդ կը բացատրուի մակերեսի ձգումով (surface tension), որ առանձին նիւթ է, որուն հարկ է առանձին անդրադառնալ: Նոյն գործօնը կը ծառայէ արհեստական անձրեւ սկսելու, երբ մթնոլորտին մէջ առկայ է բաւարար խոնաւութիւն:

2.- «Անօդաչու թռչող սարքերու քաղաքական բնագիտութիւն», «Ազդակ», 2 սեպտեմբեր 2024:

3.- Տես NASA facts https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2021/09/120274main_fs-016-dfrc.pdf

4.- Օդանաւի երկարութիւնը թերեւս 10 մ է: Եթէ կը թռչի 2 մախ արագութեամբ, ապա ժամանակամիջոցը մօտաւորապէս կ՛ըլլայ 10/(2×350) = 0.014 երկվ.:

5.- Կողքի տախտակը ցոյց կու տայ վերը նշուած յարաբերութիւնները: