58. Быстрее звука

А Самолет летит со сверхзвуковой скоростью. Летчик находится в носовой части фюзеляжа А (рис. 75), двигатели - на плоскостях, в точках В и С. Может ли летчик слышать звук двигателей своего самолета?

Б - Не может! - в один голос заверяют все, решающие эту задачу.- Мы уже знаем из задачи о пловцах и волнах (да и без вашей задачи мы это знали), что при полете со сверхзвуковой скоростью звук двигателя можно услышать только внутри конуса, имеющего вершиной положение двигателя и расположенного позади двигателя. Два двигателя дают два конуса, заполненных звуком (В₁ВВ₂ и С₁СС₂ на рис. 75). Летчик находится вне этих конусов и, следовательно, не может слышать звук двигателей. Но спросите-ка пилота сверхзвукового самолета, и он вам скажет, что звук двигателей прекрасно слышен Только не спрашивайте его - почему, а постарайтесь объяснить сами.

Рис. 75

В Звук может распространяться не только по воздуху, но и по корпусу самолета. Скорость звука в воздухе - около 330 ^м/_с в дюралюминиевой обшивке самолета - около 5000 ^м/_с Не торопитесь с выводами! Летчик слышит звук не потому, что скорость самолета ниже скорости звука в дюрале! Даже при скорости самолета больше 5000 ^м/_с звук будет слышен.

Дело в том, что между воздухом, как средой, в которой распространяется звук, и корпусом самолета есть существенная разница Воздух, неподвижный относительно Земли, движется относительно источника звука (двигателя) и приемника звука (летчика); корпус же самолета неподвижен относительно источника и приемника звука. Поэтому звук, распространяющийся в воздухе, уносится вместе с воздухом назад, не достигая летчика; звук, распространяющийся в корпусе летящего самолета, идет по корпусу тотно так же, как он шел бы в корпусе неподвижного самолета. Таким образом звук достигнет летчика по корпусу при любой скорости самолета^*).

^*) (Дискуссия, разгоревшаяся по поводу этой задачи (Наука и жизнь, 1967, № 1), была разрешена П. Барашевым единственно правильным способом - с помощью эксперимента. Описанный им в очерке "Стерегущие в ночи" ("Правда", 22 декабря 1966 г.) новый полет на сверхзвуковой скорости полностью подтвердил:, летчик слышит звук, потому что он доходит по металлу. Эго же подтверждают и письма, присланные автору летчиками.)

Заметим, что поскольку самолет наполнен воздухом, который движется вместе с ним, то по этому внутреннему, неподвижному относительно самолета воздуху звук также может достичь кабины. Отсюда, кстати сказать, следует, что даже в космическом корабле, летящем со скоростью, намного большей скорости звука в воздухе и дюрале, звук работающих двигателей будет достигать всех отсеков корабля, в том числе и носового.

Другое дело, если летит рядом пара сверхзвуковых самолетэв. Единственной акустической средой, связывающей их, является уносящийся назад воздух. В этом случае услышать звук соседнего самолета невозможно. Для этого нужно было бы находиться внутри звукового конуса.

После всего сказанного выше довольно курьезным выглядит тот факт, что звук двигателей мог бы слышать тот, кто сумел бы лететь со скоростью самолета впереди двигателя в точке D, хотя эта точка находится вне звуковых конусов двигателей и единственной акустической средой, связывающей эту точку с самолетом, является уносящийся назад со сверхзвуковой скоростью воздух. Дело в том, что, как показано выше, звук двигателей по обшивке самолета добирается до самого носа фюзеляжа, а нос, уже как вторичный излучатель (ретранслятор), излучает небольшую долю звуковой энергии двигателей в воздух. Получается еще один наполненный звуком конус, вершиной которого является нос самолета. Точка D находится внутри этого конуса. Для точки Е звук двигателей абсолютно недоступен.