Ten spontaniczny wpis zainspirowała narastająca w Internecie sensacja, jakoby samoloty pasażerskie przekraczały prędkość dźwięku, lecąc w wyjątkowo silnych prądach strumieniowych (tzw. jet-stremach) nad północnym Atlantykiem. Czym jest jet-stream? To prąd powietrzny, analogiczny do morskiego, w miarę stały w kierunku, lokalizacji i czasie, panujący na dużej wysokości. Jet-streamy są wykorzystywane przez samoloty pasażerskie, ponieważ pozwalają im szybciej dolecieć do celu. Ten nad Atlantykiem wieje z zachodu na wschód, zwykle z prędkością od kilkudziesięciu do ponad 100 km/h, lecz czasem, np. pod wpływem anomalii meteorologicznych, może sięgać 300-400 km/h. Taka sytuacja ma miejsce mniej więcej raz na kilka lat, dość rzadko, by w podobnych okolicznościach rozbudzić apetyt niestarannych dziennikarzy, a tym samym wzbudzić bezpodstawną sensację.
 |
| Jet-stream z 2.11.23, 181 kt (335 km/h), wysokość 39 000 ft (ok. 13 km) (źródło: Windy) |
 |
| Bardziej "codzienny" jet-stream z 5.11.23, 99 kt (180 km/h), wysokość ta sama (źródło: Windy) |
Słabość dziennikarzy do tzw. clickbaitów jest już powszechnie znana, ale tutaj popełniają zgoła inny grzech. Porównują jabłka z pomarańczami i radośnie oznajmiają, że są to dokładnie te same owoce, bo oba są okrągłe. To zagranie szerzące bezmyślność i ignorowanie podstaw nauki, a w dodatku pogarszające i tak już słabe rozumienie lotnictwa przez opinię publiczną.
Rzeczeni dziennikarze twierdzą, jakoby samoloty pasażerskie, korzystając z obecnych silnych jet streamów, sięgały, lub nawet pokonywały… barierę dźwięku. Taki wniosek może nasunąć bezpośrednie porównanie liczb: wartość prędkości dźwięku to ok. 330 m/s, czyli 1230 km/h. Samolot pasażerski na wysokości przelotowej leci z prędkością rzędu 700-900 km/h, a wlatując w tylny jet-stream o prędkości np. 350 km/h łatwo może sięgnąć tych 1230 km/h… Tyle że porównywanie liczb w tym przypadku zwodzi na manowce podobnie, jak porównanie spalania dwóch modeli samochodów, żeby stwierdzić, który jest bardziej ekonomiczny, przy czym pierwszy bada się w korku, a drugi – podczas jazdy po trasie.
Wszyscy kojarzymy z matematyki zadania z łódką płynącą po rzece. Łódka płynie z pewną prędkością po wodzie, a rzeka płynie własnym nurtem. Mamy obliczyć prędkość łódki względem brzegu, gdy płynie z nurtem oraz gdy płynie pod prąd. Chociaż wioślarz w obu sytuacjach włoży tyle samo siły w wiosłowanie, łódka w jednej sytuacji będzie pozornie płynęła szybciej, a w drugiej – wolniej. Nie wchodząc w Einsteina, jest to nic innego, jak względność ruchu.
Z lataniem jest tak samo. Aby dobrze zrozumieć wiele zjawisk towarzyszących lataniu, trzeba zrozumieć, że ziemia oraz atmosfera (powietrze) to dwa niezależne byty. Atmosfera porusza się na podobieństwo nurtu rzeki, a ruch ten znamy jako wiatr. Poza lokalnymi porywami, w lotnictwie rozumiemy wiatr jako ruch całej lokalnej masy atmosferycznej. W chwili startu samolot „zapomina” o ziemi i staje się częścią masy atmosferycznej, a dopóki nie wyląduje, dopóty porusza się razem z nią, a tym samym – razem z wiatrem. Samolot, bazując na własnych czujnikach i systemach pomiarowych, nie jest „świadom” istnienia czegoś takiego jak wiatr i nie potrafi go obliczyć. Aby to określić, potrzebna jest pomoc GPS-a.
Oczywiście, jeśli wiatr „wieje w ogon”, samolot leci szybciej, a jeśli „w nos”, to wolniej. Ale z powyższego opisu wynika, że takie rozumowanie jest błędne, a co najmniej niepełne. Po pierwsze, wiatr nie wieje w samolot; maszyna „nie czuje” na sobie żadnego dodatkowego podmuchu, bo porusza się razem z nim. To tak, jakbyśmy chwycili akwarium z rybką i zaczęli chodzić z nim po mieszkaniu; rybka nie zaczyna płynąć szybciej ani do tyłu, tylko my przemieszczamy całe akwarium. Spowolnienie samolotu przy wietrze przednim nie wynika ze zwiększenia oporu, a wiatr tylny wcale go nie zmniejsza. W określonej fazie lotu samolot utrzymuje stałą prędkość względem powietrza (która jest notabene kluczowa ze względu bezpieczeństwa, ale nad tym pochylę się w innym wpisie). To, co zmienia się razem z wiatrem (akwarium), to prędkość samolotu względem ziemi (rybki względem mieszkania). To prosta matematyka którą obrazuje poniższa ilustracja. Prędkość względem powietrza (pomarańczowa), jak widać, pozostaje niezmienna we wszystkich trzech sytuacjach.
Konsekwencje tego faktu potrafią być niezwykle ciekawe. Możemy np. zaobserwować samolot, który pozornie wisi w miejscu (patrz filmik niżej), a nawet… leci tyłem. Jest tak, jeśli lokalna prędkość wiatru jest równa lub przekracza prędkość przelotową samolotu, a wieje on przeciwnie do kierunku lotu. Samolotowy prędkościomierz (mierzący opływu powietrza wokół samolotu) pokaże prędkość lotu taką samą, jak podczas „normalnego” lotu (samolot musi lecieć, bo inaczej by spadł). Innym skutkiem lotu wewnątrz przesuwającej się masy powietrza jest np. pozorny lot bokiem, choćby podczas podejścia do lądowania z bocznym wiatrem.
Właśnie prędkość względem powietrza (pomarańczowa) decyduje o tym, czy samolot przekracza prędkość dźwięku, bowiem ta wielkość fizyczna jest cechą właściwą powietrzu. Jest tak, bo dźwięk rozchodzi się w powietrzu, a nie pełza po powierzchni ziemi. Piloci odrzutowców na wysokości przelotowej mierzą prędkość lotu jako liczba Macha, czyli stosunek prędkości powietrznej do lokalnej prędkości dźwięku. We współczesnych samolotach pasażerskich rzadko przekracza ona 0,9, czyli 90% prędkości dźwięku. Choćby więc wiało i 1000 km/h, prędkość dźwięku pozostanie stała, podobnie jak prędkość samolotu lecącego wewnątrz takiego wiatru, a wspomniane 0,9 Ma nie zostanie przekroczone.
Co więc zrobili dziennikarze? Odczytali prędkość samolotu z (uprośćmy) GPS-a, czyli względem ziemi, więc porównują dwie całkowicie niezależne jednostki. Prędkość dźwięku jako cechę powietrza należy porównywać z powietrzną prędkością lotu. Bo inaczej to trochę tak, jakby rzucić dwa liście na płynącą rzekę – wiadomo, że oba będą unosić się na powierzchni obok siebie – ale zapomnieć na chwilę na jednym z nich, stwierdzić, że ten drugi porusza się względem brzegu z pewną prędkością (nurtu) i radośnie dochodząc do wniosku, że pierwszy listek przesuwa się względem drugiego z tąże prędkością. A to przecież nieprawda. Dziennikarze zignorowali względność ruchu. A ignorancję tę można by śmiało pociągnąć dalej, bo Ziemia kręci się wokół własnej osi (ponad 1600 km/h na równiku), a do tego porusza się po orbicie wokół Słońca (jakieś 30 km/s), i wyjdzie, że przy sumarycznej prędkości powinno dawno zwiać nas do kosmosu… a tego typu „kosmiczne” prędkości można dodawać i dodawać. Dlatego w fizyce kluczowe jest, by odpowiednio dobrać punkt odniesienia.
Niezależnie więc od tego, czy leci w warunkach bezwietrznych, czy pod silny wiatr, czy też z wiatrem w ogon, samolot zawsze jest tak samo blisko bariery dźwięku – trzyma się tej swojej optymalnej liczby Macha, pozostającej daleko poniżej 1, i żaden jet-stream, nieważne jak silny, tego nie zmieni.
Komentarze
Prześlij komentarz