Verkeersvliegtuigen vliegen nooit sneller dan het geluid. De reden is dat er bij het naderen en passeren van de grens van de geluidssnelheid een enorme schokgolf optreedt. Het vliegtuig haalt namelijk het front van de eigen uitgezonden geluidsgolven in. Dit front wordt de geluidsbarrière genoemd (dat niet echt een barrière is, maar meer een zeer grote opeenhoping van druk). In een verkeersvliegtuig zou niemand dat overleven.
Wat er precies gebeurt is natuurkundig gemakkelijk uit te leggen. Wanneer een voertuig (een auto of een vliegtuig) snelheid heeft zal hij een klein beetje zijn eigen geluidsgolven inhalen. Die golven krijgen dan een kleinere golflengte. Zie het plaatje hieronder.
Dopplereffect bij een ziekenauto met sirene
Volgens de formule v = f ·λ waarbij v de geluidssnelheid in lucht is in m/s, f de frequentie in Hz en λ de golflengte in meter, betekent een kleinere λ een hogere frequentie (v is constant). Een hogere frequentie betekent een hoger geluid. Zelf maak je dit dagelijks mee wanneer een ambulance met sirene, een straaljager of zelfs een trein op jou afkomt. Je hoort eerst een hoog geluid, om na het passeren een veel lager geluid waar te nemen. Dit heet het Dopplereffect.
Wanneer je nu je eigen geluid inhaalt, zal er een ophoping van drukgolven zijn. Geluid is immers niets anders dan het doorgeven van een kortstondig duwtje aan de aanwezige luchtmoleculen. Die opeenhoping van drukgolven zorgt voor de schokgolf. Het gaat, zoals gezegd, gepaard met een grote knal (sonic boom). Vroeger, toen de straaljagers minder gestroomlijnd waren, gebeurde het wel dat de piloot zo'n grote klap te verwerken kreeg dat hij even bewusteloos raakte, of zelfs bloed spuwde. Die tijd is voorbij, maar heftig blijft het. Op sommige foto's is die schokgolf goed te zien, zoals hieronder.
Straaljager die door de geluidsbarrière gaat
In mijn jeugd hoorde ik op sommige dagen wel twee van zulke knallen per dag. Kennelijk waren er toen veel straaljagers die overdag door de geluidsbarrière heen braken. Dat waren echt geweldige knallen, ons hele huis trilde ervan. Later hoorde ik ze niet meer. Het blijkt dat het sinds eind jaren zestig voor straaljagers verboden is om boven land sneller dan het geluid te vliegen. Zodat burgers er niet langer last van hebben. Boven zee mag wel, wat dan ook veelvuldig gebeurt (ze moeten toch ergens oefenen, want ja, dreiging van oorlog en zo).
De geluidssnelheid in km/h is gemakkelijk uit te rekenen. In tabellen kun je opzoeken dat de snelheid van het geluid bij een temperatuur van 20 ºC 343 m/s is. Dan kun je uitrekenen hoeveel dat in km/h is, namelijk: 343 x 3,6 = 1234,8 km/h
In de praktijk is de temperatuur in de hogere lucht lager, dus zal de geluidssnelheid ook lager zijn. Bijvoorbeeld, bij een temperatuur van 40 º C onder nul, is de geluidssnelheid 307 m/s = 1105,2 km/h.
Verkeersvliegtuigen hebben een kruissnelheid (= meest voordelige snelheid qua brandstofgebruik om te vliegen) tussen de 800 en 1000 km/h, afhankelijk van de windkracht en -richting. Ze blijven dus ver onder de geluidssnelheid.
Straaljagers vliegen er met hun gunstige stroomlijn wel doorheen, evenals het voormalige verkeersvliegtuig de Franse Concorde, operationeel tussen 1976 en 2003, die wel 2 Mach (twee keer de geluidssnelheid) kon halen. Ook de Concorde echter mocht pas boven zee door de geluidsbarrière heen gaan.
Franse Concorde, met gunstige stroomlijn
Tegenwoordig werkt de NASA aan het experimentele vliegtuig X-59 dat zonder al te grote schokken door de geluidsmuur zal kunnen breken. Hooguit hoor je beneden op aarde een plof als het dichtslaan van een deur, verzekert deze luchtvaart- en ruimtevaartorganisatie ons. De X-59 zal een nog langere en scherpere neus hebben dan de Concorde, wat zorgt voor meer stroomlijning en dus minder weerstand.
De nieuwe, nog experimentele X-59
Ook gaat men uitzoeken met welke snelheid er het gunstigst kan worden gevlogen en op welke hoogte. Die hoogte zal, blijkt uit experimenten, op ruim 16,5 kilometer zijn, waar huidige toestellen op 10 tot 12 kilometer hoogte vliegen. Supersoon vliegen (= vliegen sneller dan het geluid) zal dan misschien op bredere schaal toegepast kunnen worden. We zullen zien.