Łowcy i ludzie wojskowych specjalności doskonale znają dźwięk lecących kul i pocisków. To dźwięk syczący, syczący, nie wyróżniający się czystością tonu. W krótkim czasie lotu pocisku zauważysz, że ton tego dźwięku zmienia się z wysokiego na niski.
Aby zrozumieć przyczynę charakterystycznego dźwięku lecącego pocisku, zwróć uwagę na kształt kul, które znasz. Pociski myśliwskie do pistoletów gładkolufowych mają kształt okrągły lub cylindryczny (yakan, pocisk Mayera). W przypadku broni sportowej i wojskowej stosuje się kule stożkowe lub kule z zaokrąglonym frontem w kierunku lotu. Oczywiście aerodynamika pocisku nie jest idealna i nie przyczynia się do jego dobrego przepływu.
Badając zachowanie ciał blefowych w przepływach cieczy lub gazów, naukowiec Theodor von Karman odkrył, że za takimi ciałami tworzy się ścieżka wirów. Zjawisko to nazywa się „ścieżką Karmana”. Gęstość przepływów powietrza w wirach jest różna i zmienia się cyklicznie, wir można sobie wyobrazić jako generator fal akustycznych. A dźwięk to fala akustyczna.
Zapewne znasz omen, zgodnie z którym myśliwiec słyszy tylko gwizdek przelatującej obok kuli. Ten znak ma całkowicie naukowe podstawy. Pocisk leci z prędkością poddźwiękową, a ścieżka wiru znajduje się za nią wzdłuż toru lotu. Co więcej, człowiek słyszy nie same wiry „ścieżki Karmana”, ale fale, które tworzy w otaczającej przestrzeni powietrznej, gdy wchodzi z nią w kontakt. Oznacza to, że osoba słysząca dźwięk przelatującego pocisku nie znajduje się na trajektorii pocisku, ale obok tej trajektorii.
Proste doświadczenie pomoże Ci zrozumieć, jak wygląda ulica wirowa. Wlej trochę wody do wanny i dodaj niewielką ilość piany dowolnego rodzaju detergentu na powierzchnię. Wystrzel fikcyjną kulę do wanny. Może to być łódka dziecięca z ostrym dziobem i tępą rufą lub model z płaskiej pianki o dowolnym kształcie. Zamiataj układ na powierzchni wody. W strumieniu wzbudzającym modelu zobaczysz wiry składające się z pęcherzyków piany. To jest „tor Karmana”.
Zauważ, że gdy jesteś blisko trajektorii pocisku, obserwujesz ją pod pewnym kątem. Jeśli ścieżka wiru jest pod kątem zbliżonym do linii prostej do ciebie, odległość od źródła wirów jest minimalna, dźwięk będzie podążał najkrótszą ścieżką. Ale kula przeleciała obok, a teraz zwiększa się odległość od źródła wirów. Szybkość pocisku jest wysoka i porównywalna z prędkością dźwięku. Oznacza to, że odległość między środkami wirów będzie postrzegana jako rosnąca z powodu opóźnienia fal dźwiękowych. Subiektywnie słychać to jako obniżenie tonu audio. W fizyce zjawisko to nazywa się efektem Dopplera. Jest to jeden z dowodów na falową naturę dźwięku.
