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 لوییس» موفق به ساخت دوربین فوق سریعی شدند که به وسیله آن از فوتون های نور لیزر تصویر برداری کرده و فرضیه پیشین خود در رابطه با ایجاد شکل مخروطی در پشت سر فوتون را اثبات کنند.

تشکیل مخروط ماخ پشت لیزر

تشکیل مخروط ماخ پشت لیزر

محققان در گذشته تصور می کردند که نور به هنگام عبور از سیال می تواند شکلی شبیه به مخروط ماخ را در پشت خود ایجاد کند. این فرضیه هم اکنون توسط دوربین فوق سریعی با نام «Streak Camera» به اثبات رسیده که با کمک این محققان توسعه یافته است.
دوربین «Streak Camera» قادر به ثبت تصاویر با نرخ ۱۰۰ میلیارد فریم بر ثانیه است و این گروه تحقیقاتی برای مشاهده مخروط ماخ از یک پالس لیزر سبز استفاده کردند که تنها در عرض ۷ پیکو ثانیه منتشر شد.

همچنین دانشمندان برای دستیابی به نتیجه بهتر، از یک تونل با مه خشک بهره بردند که در بین صفحاتی از اکسید آلومینیوم و سیلیکون قرار گرفته است. زمانی که لیزر در داخل تونل سرعت بیشتری نسبت به صفحات می گیرد، شکل مخروطی مانند مخروط ماخ در پشت آن تشکیل می شود.
گفتنی است تکنیک های مرسوم برای تصویر برداری فوق سریع احتیاج به یک منبع روشنایی بسیار قوی دارند اما «Streak Camera» تنها به یکی از آنها نیاز خواهد داشت.
محققان اذعان داشته اند که دوربین آنها به اندازه ای سریع است که با استفاده از آن می توان حرکت نورون ها را مشاهده و فعالیت مغز را به صورت بی درنگ بررسی 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