0:00

5:43

The sonic boom problem - Katerina Kaouri

TED-Ed·5:43·Technology·B2

Chương · 4

Chương 1·Breaking the Sound Barrier

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:00

Humans have been fascinated with speed for ages.

Con người đã say mê tốc độ từ thuở xa xưa.

0:04

The history of human progress is one of ever increasing velocity, and one of the most important achievements in this historical race was the breaking of the sound barrier.

Lịch sử tiến bộ của nhân loại gắn liền với tốc độ ngày càng tăng, và một trong những thành tựu quan trọng nhất trong cuộc đua lịch sử này là việc phá vỡ rào cản âm thanh.

0:18

Not long after the first successful airplane flights, pilots were eager to push their planes to go faster and faster.

Không lâu sau những chuyến bay thành công đầu tiên, các phi công đã khao khát thúc đẩy máy bay của họ bay ngày càng nhanh hơn.

0:28

But as they did so,

Nhưng khi họ làm như vậy,

0:31

Increased turbulence and large forces on the plane prevented them from accelerating further.

Sự gia tăng nhiễu động và các lực cực lớn tác động lên thân máy bay đã ngăn cản họ tăng tốc hơn nữa.

0:37

Some tried to circumvent the problem through risky dives, often with tragic results.

Một số người đã cố gắng vượt qua vấn đề này bằng những cú bổ nhào liều lĩnh, thường dẫn đến những kết cục bi thảm.

0:44

Finally, in 1947, design improvements such as a movable horizontal stabilizer, the all-moving tail, allowed an American military pilot named Chuck Yeager to fly the Bell X-1 aircraft at 1,127 km per hour,

Cuối cùng, vào năm 1947, những cải tiến trong thiết kế như cánh ổn định ngang có thể chuyển động, tức phần đuôi chuyển động toàn phần, đã cho phép một phi công quân sự Mỹ tên là Chuck Yeager điều khiển chiếc máy bay Bell X-1 ở tốc độ 1.127 km/h,

1:01

Becoming the first person to break the sound barrier and travel faster than the speed of sound.

Trở thành người đầu tiên phá vỡ rào cản âm thanh và di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh.

1:08

The Bell X-1 was the first of many supersonic aircraft to follow, with later designs reaching speeds over Mach 3.

Bell X-1 là chiếc đầu tiên mở đường cho nhiều máy bay siêu thanh sau đó, với các thiết kế sau này đạt tốc độ vượt quá Mach 3.

1:16

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave with a thunder-like noise known as a sonic boom, which can cause distress to people and animals below or

Máy bay di chuyển ở tốc độ siêu thanh tạo ra một sóng xung kích kèm tiếng ồn như sấm sét được gọi là tiếng nổ siêu thanh, có thể gây hoảng loạn cho con người và động vật bên dưới hoặc

1:29

Even damage buildings.

Thậm chí làm hư hại các công trình xây dựng.

1:30

For this reason, scientists around the world have been looking at sonic booms, trying to predict their path in the atmosphere, where they will land, and how loud they will be.

Vì lý do này, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã nghiên cứu các tiếng nổ siêu thanh, cố gắng dự đoán đường đi của chúng trong khí quyển, nơi chúng sẽ chạm tới và độ lớn của âm thanh.

1:41

To better understand how scientists study sonic booms, let's start with some basics of sound.

Để hiểu rõ hơn cách các nhà khoa học nghiên cứu tiếng nổ siêu thanh, hãy bắt đầu với một vài nguyên lý cơ bản của âm thanh.

1:47

Imagine throwing a small stone in a still pond.

Hãy tưởng tượng việc ném một viên sỏi nhỏ vào một mặt hồ tĩnh lặng.

1:50

What do you see?

Bạn nhìn thấy điều gì?

1:52

The stone causes waves to travel in the

Viên sỏi khiến các làn sóng lan truyền trong

1:55

Water at the same speed in every direction.

Nước với cùng một tốc độ theo mọi hướng.

1:58

These circles that keep growing in radius are called wave fronts.

Những vòng tròn liên tục mở rộng bán kính này được gọi là các mặt sóng.

2:02

Similarly, even though we cannot see it, a stationary sound source like a home stereo creates sound waves traveling outward.

Tương tự như vậy, dù chúng ta không thể nhìn thấy, một nguồn phát âm thanh đứng yên như dàn âm thanh gia đình cũng tạo ra các sóng âm truyền ra ngoài.

2:10

The speed of the waves depends on factors like the altitude and temperature of the air they move through.

Tốc độ của sóng phụ thuộc vào các yếu tố như độ cao và nhiệt độ của không khí mà chúng truyền qua.

2:18

At sea level, sound travels at about

Ở mực nước biển, âm thanh truyền đi với vận tốc khoảng

2:21

1,225 km per hour.

1.225 km/h.

2:22

But instead of circles on a two-dimensional surface, the wave fronts are now concentric spheres, with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

Nhưng thay vì các vòng tròn trên bề mặt hai chiều, các mặt sóng lúc này là các hình cầu đồng tâm, với âm thanh lan truyền dọc theo các tia vuông góc với những con sóng này.

2:33

Now imagine a moving sound source, such as a train missile.

Bây giờ hãy tưởng tượng một nguồn âm đang chuyển động, chẳng hạn như tên lửa gắn trên tàu hỏa.

2:38

As the source keeps moving in a certain direction, the successive waves in front of it will become bunched closer together.

Khi nguồn âm tiếp tục di chuyển theo một hướng nhất định, các đợt sóng liên tiếp phía trước nó sẽ bị dồn sát lại gần nhau hơn.

2:47

This greater wave

Làn sóng dày đặc hơn này

2:49

Frequency is the cause of the famous Doppler effect, where approaching objects sound higher pitched.

Tần số chính là nguyên nhân dẫn đến hiệu ứng Doppler nổi tiếng, nơi các vật thể đang tiến lại gần phát ra âm thanh có cao độ cao hơn.

2:54

But as long as the source is moving slower than the sound waves themselves, they will remain nested within each other.

Nhưng chừng nào nguồn phát còn di chuyển chậm hơn chính các sóng âm, các sóng này vẫn sẽ lồng vào nhau.

3:02

It's when an object goes supersonic, moving faster than the sound it makes, that the picture changes dramatically.

Chỉ khi một vật thể đạt tốc độ siêu thanh, di chuyển nhanh hơn âm thanh mà nó tạo ra, bức tranh toàn cảnh mới thay đổi một cách đáng kinh ngạc.

3:09

As it overtakes sound waves it has emitted while generating new ones

Khi nó vượt qua các sóng âm do chính mình phát ra trong khi tiếp tục tạo ra những sóng mới

3:14

From its current position, the waves are forced together, forming a Mach cone.

Từ vị trí hiện tại của nó, các đợt sóng bị nén ép lại với nhau, tạo thành một nón Mach.

3:19

No sound is heard as it approaches an observer because the object is traveling faster than the sound it produces.

Người quan sát không nghe thấy âm thanh nào khi nó tiến lại gần bởi vì vật thể đang di chuyển nhanh hơn âm thanh mà nó phát ra.

3:26

Only after the object has passed will the observer hear the sonic boom.

Chỉ sau khi vật thể đã bay qua, người quan sát mới nghe thấy tiếng nổ siêu thanh.

3:31

Where the Mach cone meets the ground, it forms a hyperbola, leaving a trail known as the boom carpet as it

Nơi nón Mach giao với mặt đất sẽ tạo thành một đường hyperbol, để lại một vệt quét được gọi là thảm nổ siêu thanh khi nó

3:40

Travels forward.

Di chuyển về phía trước.

3:40

This makes it possible to determine the area affected by a sonic boom.

Điều này giúp xác định được khu vực chịu ảnh hưởng của tiếng nổ siêu thanh.

3:45

What about figuring out how strong a sonic boom will be?

Vậy làm thế nào để xác định mức độ mạnh của một tiếng nổ siêu thanh?

3:50

This involves solving the famous Navier-Stokes equations to find the variation of pressure in the air due to the supersonic aircraft flying through it.

Việc này đòi hỏi phải giải các phương trình Navier-Stokes nổi tiếng để tìm ra sự biến thiên áp suất trong không khí do máy bay siêu thanh bay qua.

3:59

This results in the pressure signature known as the N-wave.

Kết quả mang lại một biểu đồ áp suất đặc trưng được gọi là sóng N.

4:03

What does this shape mean?

Hình dạng này có ý nghĩa gì?

4:05

Well, the

Vâng, điều đó

4:06

Sonic boom occurs when there is a sudden change in pressure, and the N-wave involves two booms: one for the initial pressure rise at the aircraft's nose, and another for when the tail passes and the pressure suddenly returns to normal.

Tiếng nổ siêu thanh xảy ra khi có sự thay đổi áp suất đột ngột, và sóng N bao gồm hai tiếng nổ: một tiếng từ đợt tăng áp suất ban đầu ở mũi máy bay, và một tiếng khác khi phần đuôi đi qua và áp suất đột ngột trở lại bình thường.

4:20

This causes a double boom, but it is usually heard as a single boom by human ears.

Điều này tạo ra một tiếng nổ kép, nhưng tai người thường chỉ nghe thấy như một tiếng nổ duy nhất.

4:27

In practice, computer models using these principles can often predict the

Trong thực tế, các mô hình máy tính áp dụng những nguyên lý này thường có thể dự đoán

4:31

Location and intensity of sonic booms for given atmospheric conditions and flight trajectories, and there is ongoing research to mitigate their effects.

Vị trí và cường độ của tiếng nổ siêu thanh ứng với các điều kiện khí quyển và quỹ đạo bay cụ thể, và hiện có các nghiên cứu liên tục nhằm giảm thiểu tác động của chúng.

4:40

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

Trong thời gian chờ đợi, các chuyến bay siêu thanh qua đất liền vẫn bị nghiêm cấm.

4:44

So are sonic booms a recent creation?

Vậy có phải tiếng nổ siêu thanh là một phát minh gần đây?

4:47

Not exactly.

Không hẳn vậy.

4:48

While we try to find ways to silence them, a few other animals have been using sonic booms to their advantage.

Trong khi chúng ta tìm cách dập tắt chúng, một vài loài động vật khác đã tận dụng tiếng nổ siêu thanh để tạo lợi thế cho mình.

4:57

The gigantic Diplodocus may

Loài Diplodocus khổng lồ có thể

4:59

Have been capable of cracking its tail faster than sound at over 1,200 km per hour, possibly to deter predators.

Đã có khả năng quất chiếc đuôi của nó nhanh hơn âm thanh ở vận tốc trên 1.200 km/h, có thể nhằm răn đe kẻ săn mồi.

5:09

Some types of shrimp can also create a similar shock wave underwater, stunning or even killing prey at a distance with just a snap of their oversized claw.

Một số loài tôm cũng có thể tạo ra sóng xung kích tương tự dưới nước, làm choáng váng hoặc thậm chí giết chết con mồi từ xa chỉ bằng một cú búng chiếc càng khổng lồ của chúng.

5:24

So while we humans have made great progress in our relentless pursuit of speed, it turns out that nature was there first.

Vì vậy, trong khi loài người chúng ta đã đạt được những tiến bộ vượt bậc trong cuộc theo đuổi tốc độ không ngừng nghỉ, hóa ra tự nhiên đã đi trước một bước.

Transcript

Hiển thị

Breaking the Sound Barrier

Human aviation advanced rapidly from initial powered flights to the pursuit of supersonic velocity. Overcoming aerodynamic turbulence required structural innovations, culminating in the first piloted supersonic flight in 1947. This breakthrough revealed both the possibilities and the physical challenges of traveling beyond the speed of sound.

Ngành hàng không nhân loại đã phát triển nhanh chóng từ các chuyến bay sơ khai đến nỗ lực chinh phục tốc độ siêu thanh. Việc vượt qua nhiễu động khí động học đòi hỏi những cải tiến cấu trúc, đỉnh điểm là chuyến bay siêu thanh có người lái đầu tiên vào năm 1947. Bước đột phá này mở ra tiềm năng cũng như thách thức vật lý khi di chuyển nhanh hơn tốc độ âm thanh.