سرعة تفوق سرعة الصوت

السرعة فوق الصوتية هي سرعة جسم تتجاوز سرعة الصوت ( ماخ  1). بالنسبة للأجسام التي تتحرك في هواء جاف بدرجة حرارة 20  درجة مئوية (68  درجة فهرنهايت) عند مستوى سطح البحر ، تبلغ هذه السرعة حوالي 343.2 متر/ثانية (1126 قدم/ثانية؛ 768 ميل/ساعة؛ 667.1 عقدة؛ 1236 كيلومتر/ساعة) . أما السرعات التي تزيد عن خمسة أضعاف سرعة الصوت (ماخ 5) فتُسمى غالبًا بالسرعات فوق الصوتية . وتُسمى الرحلات التي تصل فيها بعض أجزاء الهواء المحيطة بالجسم فقط، مثل أطراف شفرات الدوار، إلى سرعات فوق صوتية بالرحلات الانتقالية . ويحدث هذا عادةً بين ماخ 0.8 وماخ 1.2.        

الأصوات عبارة عن اهتزازات تنتقل على شكل موجات ضغط في وسط مرن. تتحرك الأجسام بسرعة تفوق سرعة الصوت عندما تتجاوز سرعة انتشار الصوت في الوسط. في الغازات، ينتقل الصوت طوليًا بسرعات مختلفة، تعتمد في الغالب على الكتلة الجزيئية ودرجة حرارة الغاز، بينما يكون تأثير الضغط ضئيلاً. ونظرًا لتغير درجة حرارة الهواء وتركيبه بشكل كبير مع الارتفاع، فقد تتغير سرعة الصوت وأرقام ماخ لجسم يتحرك بثبات. في الماء عند درجة حرارة الغرفة ، تعني السرعة فوق الصوتية أي سرعة تزيد عن 1440  مترًا في الثانية (4724  قدمًا في الثانية). في المواد الصلبة، يمكن أن تكون الموجات الصوتية مستقطبة طوليًا أو عرضيًا، وتكون سرعاتها أعلى.

التصدع فوق الصوتي هو تشكل الشقوق بسرعة تفوق سرعة الصوت في المواد الهشة .

كلمة "فوق صوتي" مشتقة من كلمتين لاتينيتين ؛ 1) super : فوق و 2) sonus : صوت، والتي تعني معًا فوق الصوت، أو أسرع من الصوت.

في مطلع القرن العشرين، استُخدم مصطلح "فوق صوتي" كصفة لوصف الصوت الذي يتجاوز تردده نطاق السمع البشري الطبيعي. أما المصطلح الحديث لهذا المعنى فهو " فوق صوتي ".

يُعتبر طرف السوط عمومًا أول جسم صُمم للوصول إلى سرعة الصوت. ينتج عن هذا الفعل صوت "الفرقعة" المميز، والذي هو في الواقع مجرد دويّ صوتي . من المرجح أن أول دويّ فوق صوتي صنعه الإنسان كان بسبب قطعة قماش عادية، مما أدى في النهاية إلى تطوير السوط. ^{[ 3 ]} إن حركة الموجة التي تنتقل عبر السوط هي التي تجعله قادرًا على بلوغ سرعات تفوق سرعة الصوت. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

معظم رصاصات الأسلحة النارية الحديثة أسرع من الصوت، حيث تسافر مقذوفات البنادق في كثير من الأحيان بسرعات تقترب من سرعة الصوت وفي بعض الحالات ^{[ 6 ]} تتجاوزها بكثير .

تكون معظم المركبات الفضائية أسرع من الصوت، على الأقل خلال أجزاء من عملية دخولها الغلاف الجوي، على الرغم من أن تأثيرات ذلك على المركبة تقلّ بفعل انخفاض كثافة الهواء. وأثناء الصعود، تتجنب مركبات الإطلاق عمومًا تجاوز سرعة الصوت على ارتفاعات تقل عن 30  كيلومترًا (حوالي 98,400  قدم) لتقليل مقاومة الهواء.

تنخفض سرعة الصوت قليلاً مع الارتفاع، بسبب انخفاض درجات الحرارة هناك (عادةً حتى ارتفاع 25  كم). وعند ارتفاعات أعلى، تبدأ درجة الحرارة بالارتفاع، مع ما يصاحب ذلك من زيادة في سرعة الصوت.

عندما ينفجر بالون منفوخ، تتقلص قطع اللاتكس الممزقة بسرعة تفوق سرعة الصوت، مما يساهم في إصدار صوت فرقعة حاد وعالٍ.

الطيران الأسرع من الصوت

معظم الطائرات المقاتلة الحديثة أسرع من الصوت. لا توجد طائرات ركاب حديثة قادرة على بلوغ سرعة تفوق سرعة الصوت، ولكن وُجدت طائرات ركاب أسرع من الصوت ، مثل الكونكورد وتوبوليف تو-144 . كلتا هاتين الطائرتين، بالإضافة إلى بعض المقاتلات الحديثة، قادرتان على التحليق بسرعة تفوق سرعة الصوت بشكل مستمر دون استخدام الحارق اللاحق . بفضل قدرتها على التحليق بسرعة تفوق سرعة الصوت لعدة ساعات، وتكرار رحلاتها على مدى عقود، أمضت الكونكورد وقتًا أطول في التحليق بسرعة تفوق سرعة جميع الطائرات الأخرى مجتمعة بفارق كبير. منذ رحلة تقاعد الكونكورد الأخيرة في 26 نوفمبر 2003، لم تعد هناك طائرات ركاب أسرع من الصوت في الخدمة، مع أن مشروع " بوم أوفرتشر" قد يُعيد التحليق بسرعة تفوق سرعة الصوت في المستقبل بعد اكتماله. بعض القاذفات الكبيرة ، مثل توبوليف تو-160 وروكويل بي-1 لانسر، قادرة أيضًا على التحليق بسرعة تفوق سرعة الصوت.

تُعدّ ديناميكا الهواء للطائرات الأسرع من الصوت أبسط من ديناميكا الهواء للطائرات دون سرعة الصوت، لأنّ طبقات الهواء عند نقاط مختلفة على طول الطائرة غالبًا لا تؤثر على بعضها البعض. تتطلب الطائرات النفاثة الأسرع من الصوت والمركبات الصاروخية قوة دفع أكبر بعدة مرات للتغلب على مقاومة الهواء الإضافية التي تحدث في المنطقة الانتقالية (حوالي 0.85-1.2 ماخ). عند هذه السرعات، يستطيع مهندسو الطيران توجيه الهواء بسلاسة حول جسم الطائرة دون إحداث موجات صدمية جديدة ، ولكن أي تغيير في المساحة العرضية في الجزء السفلي من الطائرة يؤدي إلى موجات صدمية على طول جسمها. يستخدم المصممون قاعدة المساحة الأسرع من الصوت وقاعدة ويتكومب لتقليل التغيرات المفاجئة في الحجم؛ ومع ذلك، في التطبيقات العملية، يجب أن تعمل الطائرة الأسرع من الصوت بثبات في كل من السرعات دون سرعة الصوت والأسرع من الصوت، ولذلك يكون تصميمها الديناميكي الهوائي أكثر تعقيدًا.

يكمن السر الرئيسي لانخفاض مقاومة الهواء عند الطيران فوق الصوتي في تصميم الطائرة بشكل مناسب، بحيث تكون طويلة ونحيفة، وقريبة من الشكل "المثالي"، كشكل فون كارمان أو شكل سيرز-هاك . وقد أدى ذلك إلى تشابه معظم الطائرات الأسرع من الصوت، بهيكل طويل ونحيف وأجنحة دلتا كبيرة، مثل SR-71 وكونكورد وغيرها . ورغم أن هذا التصميم ليس مثاليًا للطائرات المدنية، إلا أنه قابل للتكيف بشكل كبير مع استخدامات القاذفات.

• قاعدة المنطقة
• سرعة تفوق سرعة الصوت
• دوي سونيك
• الطائرات الأسرع من الصوت
• أجنحة هوائية أسرع من الصوت
• السرعة فوق الصوتية
• مخروط بخاري
• تفرد براندتل-غلاورت
• سوبرسونيك (أغنية لفرقة أواسيس)

• "هل يمكننا الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت؟"، أكتوبر 1944، مجلة العلوم الشعبية، إحدى أوائل المقالات التي تناولت الموجات الصدمية والطيران بسرعة الصوت
• "بريطانيا تحلق فوق صوتية"، يناير 1946، مقال في مجلة العلوم الشعبية عام 1946 يحاول شرح الطيران الأسرع من الصوت لعامة الناس
• صفحات الرياضيات - سرعة الصوت
• مستويات ضغط الصوت فوق الصوتية