اخبار
در حال خواندن
عکس برداری از مخروط ماخ با دوربین فوق سریع جدید
0

عکس برداری از مخروط ماخ با دوربین فوق سریع جدید

توسط حمید رضا غلامزاد۱۰ بهمن, ۱۳۹۵

دانشمندان دانشگاه «واشنگتن سنت لوييس» موفق به ساخت دوربين فوق سريعي شدند که به وسيله آن از فوتون هاي نور ليزر تصوير برداري کرده و فرضيه پيشين خود در رابطه با ايجاد شکل مخروطي در پشت سر فوتون را اثبات کنند.

تشکیل مخروط ماخ پشت لیزر

تشکیل مخروط ماخ پشت لیزر

محققان در گذشته تصور مي کردند که نور به هنگام عبور از سيال مي تواند شکلي شبيه به مخروط ماخ را در پشت خود ايجاد کند. اين فرضيه هم اکنون توسط دوربين فوق سريعي با نام «Streak Camera» به اثبات رسيده که با کمک اين محققان توسعه يافته است.
دوربين «Streak Camera» قادر به ثبت تصاوير با نرخ ۱۰۰ ميليارد فريم بر ثانيه است و اين گروه تحقيقاتي براي مشاهده مخروط ماخ از يک پالس ليزر سبز استفاده کردند که تنها در عرض ۷ پيکو ثانيه منتشر شد.

همچنين دانشمندان براي دستيابي به نتيجه بهتر، از يک تونل با مه خشک بهره بردند که در بين صفحاتي از اکسيد آلومينيوم و سيليکون قرار گرفته است. زماني که ليزر در داخل تونل سرعت بيشتري نسبت به صفحات مي گيرد، شکل مخروطي مانند مخروط ماخ در پشت آن تشکيل مي شود.
گفتني است تکنيک هاي مرسوم براي تصوير برداري فوق سريع احتياج به يک منبع روشنايي بسيار قوي دارند اما «Streak Camera» تنها به يکي از آنها نياز خواهد داشت.
محققان اذعان داشته اند که دوربين آنها به اندازه اي سريع است که با استفاده از آن مي توان حرکت نورون ها را مشاهده و فعاليت مغز را به صورت بي درنگ بررسي کرد.

اما مخروط ماخ چیست؟

برای تعریف این موضوع باید اول بدانیم که عدد ماخ چیست؟

عدد ماخ طبق تعریف، نسبت سرعت شیئ در یک سیال به سرعت صوت در همان سیال است. عدد ماخ یک پارامتر بی‌بعد و بدون یکا است که در آیرودینامیک جریان‌های تراکم‌پذیر دارای اهمیت زیادی است. تعریف ریاضی عدد ماخ که با M نشان داده می‌شود، به صورت زیر است:

زمانی که یک هواپیما به سرعت یک ماخ می رسد ، یک تفاوت فشار  بزرگ درست در مقابل هواپیما ایجاد می شود.این تفاوت فشار ناگهانی موج شوک نامیده می شود که به سمت عقب و به بیرون از هواپیما پخش می شود و شکلی شبیه یک مخروط دارد (مخروط ماخ).این موج شوک باعث ایجاد انفجار صوتی ای می شود که هنگام عبور یک هواپیما با سرعت زیاد از بالای سر یک شخص شنیده می شود.شخص درون هواپیما این صدا را نخواهد شنید.هرچه سرعت بیشتر باشد مخروط هم باریکتر خواهد بود و بعد از رسیدن به M=1 دیگر کمتر شبیه یک مخروط است ، بلکه بیشتر شبیه یک صفحهٔ تقریبا مقعر است.

شکسته شدن دیوار صوتی توسط هواپیما

شکسته شدن دیوار صوتی توسط هواپیما

شکسته شدن دیوار صوتی توسط هواپیما

شکسته شدن دیوار صوتی توسط هواپیما

در سرعت کاملا بالای صوت ، موج شوک شروع به تشکیل شکل مخروطی خود میکند و جریان هم کاملا بالای صوت است ، یا (در صورت بدون نوک بودن شی) فقط یک محدودهٔ جریان زیرصوت خیلی کوچک بین دماغهٔ شی و موج شوک که در مقابل ایجاد می کند ، باقی می ماند (در صورت نوک تیز بودن شی ، هیچ هوایی بین دماغه و موج شوک وجود ندارد ، موج شوک از خود دماغه شروع می شود).

هم زمان با افزایش عدد ماخ ، قدرت موج شوک نیز افزایش پیدا می کند و مخروط ماخ هم به طور فزاینده ای باریک می شود.با عبور جریان سیال از موج ، سرعت آن کاهش پیدا می کند و دما ، فشار و چگالی افزایش می یابد.هرچه شوک قوی تر باشد ، تغییرات هم بزرگتر خواهد بود.در عدد ماخ بسیار بالا پس از شوک دما آن قدر افزایش پیدا می کند که تجزیه یونی و تفکیک مولکول های گاز در پشت موج شوک شروع میشود.چنین جریان هایی مافوق صوت نامیده می شوند.

واضح است که هر شئی که با سرعت مافوق صوت حرکت می کند نیز در معرض همان دمای شدیدی قرار می گیرد که گازهای پشت موج شوک دماغه در معرض آن قرار می گیرند ، و از این رو انتخاب مواد مقاوم در برابر گرما اهمیت می یابد.

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
حمید رضا غلامزاد
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید