İnsanlık tekerleği icat ettiğinden beri daha hızlı olmanın yollarını arıyor. Arabalar bunun ilk yoluydu ve uçaklar her şeyi bir üst düzeye taşıdı. Ses hızı saniyede 340 metre hıza sahiptir ve uçakların ses hızını aşmasıyla sonik patlama denilen garip bir olay yaşanır. Chuck Yeager adlı Amerikalı bir test pilotunun 1947'de Bell X-1 uçağıyla saniyede 428 metre hıza çıkmasıyla ilk kez ses hızı aşıldı. Uçak koni biçimli bir rüzgar yarattı ve ilk kez korkunç bir gürültü duyuldu: Sonik patlama.
Sesin hareketi
Ses dalga biçiminde hareket eder. Her dalganın bir tepesi ve çukuru vardır. Bir nesneden çıkan ses dalgaları genişleyen çemberler halinde yayılır. Her bir çemberin ucu dalganın tepesidir. Nesne hareketsizse çemberler düzenli ve simetrik yayılır. Ancak nesne hareket ediyorsa dalgalar birbiri üstüne biner. Sonuç olarak hızlanır yani frekansları artar ve her dalga gözlemciye önceki dalgadan daha çabuk ulaşır. Dalgaların üst üste binmesiyle dalga boyu artar ve ses yüksek perdeli hale gelir. Bu yüzden yaklaşan bir arabayı tiz sesle duyuyoruz (ve uzaklaşırken kalın sesle). Buna Doppler etkisi denir ve sonik patlama Doppler etkisiyle oluyor.
Yüksek hızlı bir uçak havada yol alırken ses dalgaları üretir. Jet motoru hava moleküllerini yüksek hızla dışarı ittiğinden jetten motor gürültüsünün yanı sıra hava direnci sesi duyarız. Hava direnci uçaktan duyulan o uğultu sesini yaratıyor. Bir uçağın hızı arttıkça ses dalgaları git gide birbirine yaklaşır ancak uçak 340,29 m/s'yi yani ses hızını geçmediği sürece dalgalar henüz birbirine değmez yani üst üste binmez.
Sonik patlamanın yaşanması
Ses hızında giderken her dalga hala bir önceki dalgadan uzaklaşacak kadar hızlıdır. Fakat ses hızını aştığınızda her dalga artık bir sonraki dalgaya yetişecektir ve sonik patlamanın yaşandığı yer burasıdır: Uçak ses hızını aştığında dalgaları yayan nesne yani uçak, dalgaların kendisinden hızlıdır yani onlardan öndedir. Dalgaların artık çember biçiminde genişleyecek zamanı yoktur. Dalga tepeleri birleşir ve koni biçimine dönüşürler.
Birleşen dalgalar artık koni biçimli tek bir ses dalgasıdır ve muazzam miktarda enerji depolanır. Bu ses dalgalarını aslında görebilirsiniz: Ses dalgasından hızlı yol alan bir uçağın arkasında koni biçiminde bulut oluşur. Buna "Mach Konisi" deniyor ve havacılıkta ses hızına "Mach 1" denir. (Ses hızını iki kat aşmaksa Mach 2.)
Ses dalgalarının sıkışarak birbirine üstüne bindiği bu olay ortaya sonik patlama denilen gürültüyü çıkarıyor. Üstüne doğru gelen uçağı gören bir gözlemci ses patlamasını hemen duymaz. Çünkü sonik patlama Mach konisinin kuyruğundan duyulur. Bu yüzden sonik patlamayı uçak tam üstten geçerken işitirsiniz.
Koni biçimli bulut neden oluşuyor?
Pilot ve uçaktaki yolcu, sonik patlama sesinden daha hızlı yol aldığından sonik patlamayı duymazlar. Çünkü uçak sesten hızlıdır ve ses asla uçağa yetişmez. Sanılanın aksine sonik patlama uçağın ses bariyerini aştığı anda bir kere oluşmaz. Nesne ses hızından hızlı olduğu sürece sonik patlama an ve an üretilmeye devam ediyor. Yani Mach konisi görüldüğü sürece uçak arkasında ses patlamaları bırakmaya devam ediyordur.
Peki neden uçağın arkasında koni biçimli hava oluşuyor? Uçak ses hızını aştığında hava basıncında büyük bir değişim yaşanıyor. Havayı hızla yaran uçağın arkasındaki hava basıncı düşer. Atmosfer sıcaklığı azalır ve yoğuşma başlar. Yani hava olarak gördüğümüz şey aslında yoğuşmuş su buharıdır. Bu etki yalnız ses hızını aşmaya özgü değil.
Farklı hızlardaki uçaklarda da yoğuşma bulutları görülebiliyor. Nasıl ortaya çıkacağı atmosferdeki nem ve hava sıcaklığı gibi etkenlerle ilgili.
Doğadaki sonik patlama örnekleri
Sonik patlama yalnız yüksek hızlı uçaklar tarafından üretilmiyor. İnsan yapımı örnekleri arasında fırlayan bir roket veya mermiden gelen "çatlama" sesi var. Bir kamçıyı vururken çıkan çatlama sesi kamçının kendisine çarpmasından gelmez: İşitilen ses, ses bariyerini aşan kamçı ucunun ürettiği ses patlamasıdır.
Ancak süpersonik hızdan doğan sonik patlama doğada birçok yerde duyulabiliyor. Yabancı literatürde tabanca karidesi olarak bilinen Alpheus sonik patlama üretir. Bu küçük hayvan pençesini o denli hızlı kapatıyor ki çevresindeki suyu 5.500 dereceyle Güneş'in ısısına getirip bir sonik patlama dalgası üretiyor. Bu ses önündeki avını felç eder veya öldürür. İki elinizi birbirine vurarak birini öldürmek gibi.
Deprem sonik patlama üretiyor ve yüzeye yakınsa "çatlama" halinde duyulabilir. Fırtınadan çıkan şimşek sesten hızlı olduğundan sonik patlama üretir. Yine atomlar ve elekronlar süpersonik hızda yol alıyor. Düşen bir ağaç kırıldığında küçük bir sonik patlama duyulabilir.
Bugün uçakların yerleşim yerlerinde sesten hızlı uçması yasak. Ancak korku dışında sağlık sorunu yaratmadığı biliniyor.