Преодолевание звукового барьера

Эффект Прандтла — Глоерта — явление, заключающееся в возникновении облака позади самолёта, летящего на околозвуковой скорости в условиях повышенной влажности воздуха. При очень высокой влажности этот эффект возникает также при полётах на меньших скоростях.

Причина его возникновения заключается в том, что летящий на высокой скорости самолёт создает область повышенного давления воздуха впереди себя и область пониженного давления позади. После пролёта самолёта область пониженного давления начинает заполняться окружающим воздухом. При этом в силу высокой инерции воздушных масс сначала вся область низкого давления заполняется воздухом из близлежащих областей, прилегающих к области низкого давления. Этот процесс локально является адиабатическим процессом, где занимаемый воздухом объём увеличивается, а его температура понижается. Если влажность воздуха достаточно велика, то температура может понизиться до такого значения, что окажется ниже точки росы. Тогда содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется в виде мельчайших капелек, которые образуют небольшое облако.

По мере того, как давление воздуха нормализуется, температура в нём выравнивается и вновь становится выше точки росы, и облако быстро растворяется в воздухе. Обычно время его жизни не превышает долей секунды. Поэтому при полёте самолёта кажется, что облако следует за ним — вследствие того, что оно постоянно образуется сразу позади самолета, а затем исчезает.

Вопреки распространённому заблуждению, возникновение облака из-за эффекта Прандтла — Глоерта не обязательно означает, что именно в этот момент самолёт преодолевает звуковой барьер. Проявление этого эффекта зависит от соотношения между скоростью самолёта, влажностью воздуха и его температурой. В условиях нормальной или слегка повышенной влажности облако образуется только при больших скоростях, близких к скорости звука или превосходящих её. В то же время при полётах на малой высоте и в условиях очень высокой влажности (например, над океаном) эффект Прандтла — Глоерта можно наблюдать и при скоростях полёта, значительно меньших, чем скорость звука.

Наблюдать эффект Прандтла — Глоерта в миниатюре можно также, если щелкнуть хлыстом в очень влажном воздухе. При этом раздаётся хлопок (он возникает из-за того, что конец хлыста локально преодолевает звуковой барьер, и природа его возникновения полностью аналогична природе возникновения звуковой ударной волны при преодолении звукового барьера самолётом) и возникает небольшое облачко, которое почти сразу исчезает.