마흐의 초음속 충격파 사진 실험
Mach's photographs of supersonic shock waves (1887)
눈에 보이지 않는 충격파를 1887 년 마흐는 어떻게 사진으로 찍었을까요?
무슨 일이 일어났나
총알이 소리보다 빨리 날면 앞쪽 공기가 갑자기 눌린 얇은 막 같은 충격파가 생기지만, NASA 는 충격파가 보통 맨눈에는 보이지 않는다고 적습니다.
프라하 대학 물리학 교수였던 에른스트 마흐는 섀도그래프(그림자 사진)라는 특별한 광학 장치를 꾸며 충격파를 보고 사진으로 찍었습니다.
1887 년 그는 빈 과학 아카데미에 낸 논문에서 초음속으로 나는 총알 사진을 보였고, 총알 앞쪽 충격파와 꼬리 쪽 충격파가 함께 드러났습니다.
시뮬레이터에서 파원을 파동보다 1.25 배 빠르게 하면 V 자 앞면이 생기고, 엔진의 파면 원으로 잰 V 자 반각은 sin⁻¹(1 ÷ 1.25) ≈ 53.1° 로 1.5 배일 때(약 41.8°)보다 넓습니다.
📸 진짜 모습
불러오는 중…📸 사진에임스 연구소에서 날아가는 반구 모양 모형을 섀도그래프로 찍은 사진 — 뭉툭한 앞머리가 만든 충격파가 보입니다.
출처: NASA/ARC/Lee Jones · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗
💡 생활 속 예시
- 호수에서 빠른 모터보트가 지나가면 뒤로 V 자 물결이 벌어지는데, 물결보다 빨리 움직이는 것이 남기는 꼴이 충격파의 V 자와 닮았습니다.
- 영상에서 초음속 전투기가 지나간 뒤 «쾅» 하는 소리(소닉붐)가 늦게 들리는 것은 비행기를 따라오는 충격파가 땅에 닿을 때 나는 소리입니다.
누가 왜 찾았나
프라하 대학 물리학 교수 에른스트 마흐는 맨눈으로 볼 수 없는 충격파를 눈으로 확인하려고 섀도그래프라는 광학 장치를 꾸몄습니다. 그는 1887 년 빈 과학 아카데미에 초음속 총알 사진을 내놓으며 충격파를 사진으로 찍은 첫 사람이 되었습니다(NASA).
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 역학과 에너지 · 탄성파와 소리
- 일본 · 高等学校 物理 (2) 波
출처
이어서 보기
같은 단원 · 파동의 기초
- 개념충격파와 체렌코프 빛
- 개념파동의 중첩과 정상파
- 개념가로 물결과 세로 물결 (횡파와 종파)
- 개념얕은 물에서 휘는 물결 (파동의 굴절)
- 개념파동이 나르는 에너지 (진폭과 에너지)
- 개념물결끼리 더하고 지우기 (파동의 간섭)
- 개념파동의 반사 (고정단 · 자유단 반사)
- 개념파동의 속력 (속력 = 진동수 × 파장)
- 개념파동의 생김새 (파장 · 진동수 · 진폭)
- 개념파동과 매질
- 왜? 질문배가 지나가면 왜 V자 물결이 생길까?
- 왜? 질문줄을 더 빨리 흔들면 왜 물결 간격이 좁아질까?
- 왜? 질문파도가 지나가도 물에 뜬 공은 왜 제자리에서 오르내릴까?
- 왜? 질문두 물결이 부딪치면 왜 부서지지 않고 서로 지나갈까?
- 왜? 질문연못에 돌을 던지면 물결은 왜 동그랗게 퍼질까?
- 왜? 질문벽에 묶은 줄을 튕기면 왜 물결이 뒤집혀 돌아올까?
- 왜? 질문비행기가 소리보다 빨리 날면 왜 쾅 하는 소리가 날까?
- 왜? 질문파도 높이가 두 배가 되면 에너지는 왜 네 배가 될까?
- 왜? 질문두 곳에서 물결을 일으키면 왜 잔잔한 줄이 생길까?
- 왜? 질문파도는 왜 해변과 나란하게 밀려올까?
- 작동 원리방파제
- 작동 원리저소음 초음속기 (X-59)
- 실험줄넘기 줄로 만드는 정상파 실험
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