Можно ли услышать на земле звуковой удар, производимый на высоте 60 000 футов?

Да, звуковой удар, производимый на высоте 60 000 футов, можно услышать на земле.

Во-первых, звуковой удар заключается в резком увеличении давления воздуха, за которым следует медленное линейное снижение ниже номинального давления окружающей среды и снова резкое увеличение обратно до номинального давления. Поэтому ее называют N-образной волной или просто N-волной . Вот график с несколькими звуковыми ударами, измеренный НАСА и найденный в Википедии :

На той же вики-странице цитируется документ НАСА .

Aircraft        speed   altitude        pressure
               [mach]   [ft (m)]        [lb/ft² (Pa)]

SR-71           3      80,000 (24,000)  0.9  (43)
Concorde SST    2      52,000 (16,000)  1.94 (93)
F-104           1.93   48,000 (15,000)  0.8  (38)
Space Shuttle   1.5    60,000 (18,000)  1.25 (60)

Эти измерения сделаны с самолетов с разной высотой. Поскольку звуковое давление зависит от расстояния, как$p\sim\frac{1}{r}$, можно рассчитать давление для определенной высоты, как показано в следующей таблице. Однако это предполагает, что самолет вызывает такую ​​же "интенсивность гула" на этой высоте, в чем вы должны сомневаться, по крайней мере, для SR-71.

Aircraft        speed   altitude        pressure
               [mach]   [ft (m)]        [lb/ft² (Pa)]

SR-71           3      48,000 (15,000)  1.44 (69)
Concorde SST    2      48,000 (15,000)  2.07 (99)
F-104           1.93   48,000 (15,000)  0.8  (38)
Space Shuttle   1.5    48,000 (15,000)  1.5  (72)

Как видите, Конкорд самый громкий самолет, самый сопоставимый по скорости, высоте F-104 выдает всего 40% своего звукового давления. Но F-104 также намного меньше, чем Concorde.

Космический шаттл очень громкий для своей низкой скорости. Однако он больше похож на летающий кирпич, чем на элегантный обтекаемый самолет, поэтому неудивительно, что он создает сильные ударные волны.

SR71 кажется очень тихим для своей скорости, но, как я уже сказал, я не думаю, что вы можете опустить его до 48000 футов и ожидать такого же поведения. Однако звуковой удар начинает рассеиваться на некотором (большем) расстоянии, возможно, это уже произошло для SR-71. (Кроме того, это самолет-шпион с очень необычной формой - может быть, это тоже уменьшает стрелу).

Надо сказать, что трудно перевести цифры в сопоставимый уровень звука, потому что громкость составляет не только максимальное давление, но и время нарастания.
В качестве контрпримера, давление воздуха меняется на 130 Па каждый метр высоты (у земли), и вы не слышите изменения давления, когда встаете со стула (~ 100 кПа).

Кроме того, внезапный шум кажется намного громче, чем шум, медленно нарастающий до того же уровня, и взрыв имеет самую внезапную волну из возможных. (Слушайте громкую музыку в наушниках - когда плеер обрезает секунду, первый момент после этого действительно болит)

Однако в Википедии есть длинная таблица, в которой перечислены источники шума и их уровни. Например:

Trumpet at 0.5m:                63Pa
Jack hammer at 1m:               2Pa  (I'd say: a little quite...)
Loudest human voice at 1 inch: 110Pa

Эти уровни являются эффективным звуковым давлением . Чтобы преобразовать идеальную N-волну с данным максимальным давлением в эффективное давление, вы должны умножить значение на$\frac{1}{\sqrt{3}}\approx0.577$.

Таким образом, звуковой удар Concorde имеет эффективное значение 57 Па, что сравнимо с звуком трубы на расстоянии 0,5 м.

(Как сказано, разница все же есть, потому что гул — резкий, короткий звук, но он дает представление.)

Кстати, я только что наткнулся на другой документ , про первичные и вторичные звуковые удары.

В нем говорится, что вы слышите первичный звуковой удар, исходящий от самолета на расстоянии ~ 20 морских миль (сплошные линии), а также вторичный удар на расстоянии 60–85 морских миль (пунктирные линии). Эти вторичные волны являются отражением бегущих вверх ударных волн от самолета в атмосфере. Вторичный гул представляет собой не короткий громкий хлопок, а более продолжительный и менее интенсивный грохот, затрудняющий определение источника.

60000 футов — это всего ~11 миль. Так высоко звук на самом деле распространяется по гораздо большей площади. Космический шаттл снова вошел в атмосферу гораздо выше, и вы могли очень хорошо слышать его удары, когда он пролетал.