Projektilfly slog lydens hastighed
Den 14. oktober 1947 blev stilheden over Mojaveørkenen i USA brudt af et gigantisk brag, da den amerikanske testpilot Chuck Yeager som det første menneske nogensinde brød gennem lydmuren.
Rekorden satte han ombord på Bell X-1 – et raketfly designet ud fra formen på en patron til et Browning-maskingevær i kaliber .50. Som et projektil med vinger skar flyet sig gennem luften med 1127 km/t i 13 kilometers højde.
“Jeg fløj med supersoniske hastigheder i 18 sekunder,” skrev Chuck Yeager 40 år efter den historiske bedrift. Supersonisk bruges om hastigheder, der overstiger lydens hastighed.
LÆS OGSÅ: Hastighedsrekorder til lands, til vands og i luften
“Der var intet slag, intet ryk, intet stød. Og der var i hvert fald ingen murstensmur at smadre ind i. Jeg var i live.”
Bell X-1 var et orange raketfly formet som et projektil. Den 14. oktober 1947 blev flyet det første transportmiddel, der overskred lydens hastighed.
Lydmur er sammenpressede bølger
En lydmur består ganske rigtigt ikke af mursten, men af usynlige lydbølger.
Når et fly fx er i bevægelse, bliver lydbølgerne foran flyet presset sammen, og i takt med at flyets hastighed stiger, bliver afstanden mellem lydbølgernes top og bund mindre.
Når flyet rammer lydens hastighed, vil lydbølgerne foran flyet være presset så meget sammen, at de danner en mur i form af en chokbølge. Når de sammenpressede lydbølger når ned til jorden, opleves de som et såkaldt overlydsbrag.
Det høje brag kan ikke høres i flyets cockpit, da flyet bevæger sig så hurtigt, at overlydsbraget ikke kan indhente det.
Man kan være heldig at se en let kegleformet mur af vanddamp omgive flyet, når lydens hastighed overskrides. Dampen bliver dannet af luftens fugtighed, når lufttrykket falder i dalen mellem to lydbølger.
Når et fly overskrider lydens hastighed og bryder gennem lydmuren, kan der opstå en hvid sky omkring flyets hale.
Som regel efterlader lydbølger dog intet synligt aftryk. Lyd består nemlig af usynlige vibrationer i luften, lydbølger, der i vores ører omdannes til nervesignaler, som hjernen fortolker.
Tætheden af molekyler (lydtrykket) varierer og afgør, hvordan lyden i sidste ende opfattes. Tonehøjden måles ved at registrere antallet af bølger i sekundet udtrykt som hertz. Lydstyrken måles i decibel.
Ekko sladrer om lydens hastighed
Lydens hastighed blev første gang fastlagt i 1640 af den franske matematiker Marin Mersenne.
På dette tidspunkt havde videnskabsmænd som den italienske astronom Galileo allerede fastslået, at lyd rejser i bølger.
Hvor hurtigt lydbølgerne bevægede sig, var dog stadig ukendt. Marin Mersenne satte sig for at finde svaret på det spørgsmål ved at lave et simpelt eksperiment.
Franskmanden stillede sig 159 m fra en mur og ytrede ordene benedicam dominum – Gud være lovet. Ved hjælp af et pendul registrerede han den tid, det tog lyden at vende tilbage til hans øregange som et ekko.
Marin Mersenne registrerede ordenes ekko efter et sekund. Ved at dividere afstanden til muren (159 m) med tiden, det tog for lyden at blive registreret af hans øre, kom han frem til, at lydens hastighed var 318 m/s.
Video: Se Felix Baumgartner falde hurtigere end lydens hastighed
Felix Baumgartner skrev sig ind i historiebøgerne med sit udspring fra 39.068 meters højde. Den østrigske vovehals blev det første menneske, der brød lydmuren i frit fald.
Vakuum bremser lydens hastighed
I dag ved vi, at lydbølger rejser gennem luft på 20 grader med præcis 343 m/s.
Hastigheden varierer dog afhængigt af tryk, luftfugtighed og temperatur. Når lydbølger rejser gennem et andet materiale end luft som fx vand og træ, øges hastigheden. For vand på 20 grader er lydens hastighed 1482 m/s, mens den for træ er 4100 m/s.
Den britiske forsker Robert Boyle beviste allerede i 1660, at lyd er nødt til at bevæge sig gennem et materiale som fx luft for at eksistere.
Boyle lavede et eksperiment, hvor han placerede en klokke i en lufttæt beholder og sugede al luft ud af den. Da der ikke var mere luft tilbage, og klokken dermed befandt sig i et vakuum, stoppede den med at ringe.
Sådan fungerer lydens hastighed
Svingninger skaber lydbølger
Lyd opstår, når molekyler i luften sættes i svingninger. I rummet er der ingen luft til at bære lyden og derfor ingen lyd. Ved normalt lufttryk ved havets overflade og en temperatur på 15 °C bevæger lyden sig med 1225 km/t.
Molekyletæthed øger hastigheden
Lyd bevæger sig også gennem væsker og faste stoffer. Jo kortere afstand mellem molekylerne i materialet, jo hurtigere bevæger lyden sig. I vand er hastigheden fx fire gange hurtigere end i luft.
Lydmur giver brag på jorden
Når et fly overskrider lydens hastighed, bliver lydbølgerne presset sammen omkring flyet, og det skaber en lydmur i form af en chokbølge. Trykket fra bølgen giver et højt overlydsbrag nede på jorden.
Lyd er lægernes nye våben
159 år efter Robert Boyles eksperimenter banede den franske læge René Laënnec vejen for lyden som værktøj i medicinsk sammenhæng.
Under en konsultation af en overvægtig patient havde René Laënnec svært ved at høre hjertebanken, når han lagde sit øre mod brystet. Derfor rullede han 24 stykker papir sammen og satte den ene ende mod kvindens bryst og den anden mod sit øre.
Anordningen forstærkede lydene fra patienten, og verdens første stetoskop var dermed opfundet.
I dag udnytter lægerne lyd til at danne sig detaljerede billeder af patienternes indre organer gennem såkaldte ultralydsskannere.
Ultralydsskanninger virker ved, at lydbølger på flere mio. hertz sendes ind i kroppen og reflekteres til en skanner med et ekko i form af et billede. Afhængigt af hvilke væv i kroppen lydbølgerne rammer, sender de forskellige signaler tilbage, som kan afsløre alt fra åreforkalkning til kræft.
Lydbølger bekæmper kræft og blodpropper
Forskere vil ikke alene bruge lydens bølger til at afsløre sygdomme – nu vil de også udnytte lydens hastighed til at behandle dem.
På California Institute of Technology i USA arbejder forskere fx med high-intensity focused ultrasound (HIFU). Det er en målrettet ultralydsenergi, der kan ødelægge kræftceller i prostata.
Ved at anbringe en ultralydssonde i endetarmen kan forskere udsende koncentreret ultralyd mod kræftcellerne, som derved opvarmes til 85-100 grader og ødelægges.
Forskere eksperimenterer også med at bruge den fokuserede ultralydsenergi til at fjerne blodpropper i hjernen. Indtil videre er forsøgene dog kun udført på dyr.
Ved hjælp af en hjelm bestående af mere end 1000 komponenter – såkaldte transducere – kan lægerne dirigere lydbølger frem til helt specifikke områder af hjernen, som er ramt af en blodprop.
Lydbølgerne kan rettes mod områder på helt ned til fire millimeters tykkelse, og forsøg viser, at de koncentrerede lydbølger kan opløse en blodprop i en blodåre i hjernen på under et minut – uden at skade det omkringliggende væv.