초음속 비행, "소닉붐" 없이.
...초음속 기체 흐름 속에 잠긴 렌즈형 날개 단면을 상상해 보자. (부착된) 충격파가 생겨나는데, 이는 평면파다. 이 중 두 개의 파동은 앞전에서 출발하고, 또 다른 두 개는 뒷전 부근에 위치하게 된다. 투시도:
측면도:
수력학적 유추.
...충격파 형성 메커니즘을 유추를 통해 이해하는 아주 간단한 방법이 있다. 자유 표면을 가진 액체 흐름에서 표면파의 전파는 기체 속 음파의 전파와 동등하다. 예를 들어 정지한 유체 덩어리를 생각해 보자. 한 낚시꾼이 자신의 찌를 지켜보다가 낚싯줄을 살짝 당긴다. 이 찌는 진동하며 원형 파동을 발생시키고, 이 파동은 초당 몇 센티미터 정도의 속도로 퍼져 나간다:
...욕조에서 이쑤시개나 성냥개비를 위아래로 움직여도 같은 결과를 얻을 수 있다.
유체가 움직이고 있다면(위에서 본 모습), 동시에 방출되지 않은 이 원형 파동들은 중심이 어긋나게 된다:
...오른쪽 그림은 "음속" 운동에 해당한다. 음파는 기체 내 압력 교란의 이미지다. 한때 국립 항공 고등학교(쉬파에로)에서 가르쳤던, 나의 모교이기도 한 이 수력학적 유추 실험들은 실습 과제의 대상이었다.
...유체가 표면파의 전파 속도보다 빠른 속도로 움직이면 어떻게 될까? 다음 도식과 같아진다:
..물체에서 발생한 교란들은 물체에서 나온 두 개의 선을 따라 축적되는 경향이 있다.
...모든 사람이 손 닿는 곳에 물줄기를 두고 있는 것은 아니다. 따라서 액체 흐름 속에 놓인 정지한 물체를 고려하는 대신, 그 물체를 움직여도 같은 결과를 얻을 수 있다. 욕조의 물속에서 성냥개비나 더 뾰족한 나무 이쑤시개 끝을 움직여도 마찬가지다. 그러면 이른바 "마하파"가 형성된다. 표면파의 이동 속도 a와 물체의 이동 속도 V를 알면 마하각 α를 쉽게 계산할 수 있다.
...반대로, 이 각도 α를 측정하면 유체의 속도 V를 계산할 수 있다.
...이 마하파들은 이 속도 V가 높을수록 더욱 눕게 된다.
...방수로는 속도 V가 하류로 갈수록 증가하는 훌륭한 수력학 실험실이다. 성냥개비를 물속에 놓으면 다음과 같은 것을 관찰하게 된다:
..또 다른 "수력학 실험실"은 도랑이다. 흐르는 물과 접촉하는 보도의 수직면에 있는 요철들은 액체 수로의 다른 쪽 끝을 따라 있는 것들과 마찬가지로 마하파를 발생시킨다. 이렇게 수면은 이 파동망에 의해 줄무늬가 생기는데, 이는 흐름의 방향과 속도를 동시에 나타낸다. 유체는 마하파의 내각 이등분선을 따라 흐른다. 도랑에서의 흐름이 일정한 속도로 이루어지면, 액체 표면은 "평행 해칭"을 형성하는 잔물결, 즉 마하파로 줄무늬가 생긴다:
...경사가 증가하기 때문에 물의 속도가 하류로 갈수록 증가하면, 파동은 눕게 된다:
..경사가 감소하기 때문에 유체가 느려지면 반대 현상이 일어난다:
..도랑에서의 이러한 감속은 수심이 상당히 얕아질 때 물과 바닥의 마찰 때문에 일어날 수 있다. 흐름을 자세히 들여다보면 다음과 같은 것을 관찰하게 된다:
...바닥과의 마찰이 흐름을 느리게 하기 때문에, "물가"에 가까워질수록 마하파는 점점 더 일어선다. 파동이 흐름에 수직이 되면, 속도는 표면파의 전파 속도까지 떨어진다. 흐름은 "아음속"이 된 것이다. 이 영역에서 마하파는 사라진다. 성냥개비나 머리핀을 흐름에 담그면 이를 확인할 수 있다.
...이처럼 도랑을 관찰하면 배울 것이 많다.
...도랑이 굽으면 두 가지 경우가 생긴다. 첫 번째는 다음과 같다:
..이 굽은 길을 돌면서 물은 가속된다. 유체역학에서 이른바 "팽창 팬"을 얻는다. 특성선들이 눕는 사실이 이 가속을 알려 준다. 이와 관련하여, 기체의 압력에 해당하는 수위는 낮아진다. 두 번째 마하파 계열을 그려 넣어 이 그림을 완성할 수 있다:
....MHD에 대해 더 알고 싶다면, 1983년 파리 75006 페루 거리 8번지 벨랭 출판사에서 출간한 내 만화를 참조하기 바란다. 이 앨범의 CD 버전도 "Cd-Lanturlu"에서 구할 수 있다. 페이지 하단의 아이콘을 클릭하면 주문서로 접속할 수 있다.
카운터 초기화일: 2000년 6월 1일