ทำไมเสียงเครื่องบินกับตัวเครื่องบินถึงอยู่คนละที่? ไขปริศนาฟิสิกส์บนท้องฟ้า

เคยสังเกตไหมว่าเวลาคุณเงยหน้ามองท้องฟ้าและเห็นเครื่องบินโดยสารบินผ่าน ตัวเครื่องบินอยู่ตรงหน้า แต่เสียงเครื่องยนต์อื้ออึงกลับดังมาจากทิศทางที่เครื่องบินเพิ่งเคยบินผ่านไป? ปรากฏการณ์นี้ไม่ใช่ภาพลวงตา แต่เป็นเรื่องของฟิสิกส์พื้นฐานที่เกิดขึ้นทุกวันบนท้องฟ้า

ความเร็วของแสงและเสียงต่างกันมากแค่ไหน?

คำตอบสั้นๆ ของปริศนานี้คือ แสงเดินทางเร็วกว่าเสียงมากกว่าล้านเท่า

แสงเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ทำให้การเดินทางจากเครื่องบินที่อยู่สูงหลายกิโลเมตรลงมาถึงตาของเราใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาทีที่รู้สึกได้ทันที

ในขณะที่เสียงในอากาศเดินทางด้วยความเร็วเพียงประมาณ 343 เมตรต่อวินาที (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส) หรือประมาณ 1,235 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ดูเหมือนจะเร็ว แต่เมื่อเทียบกับแสงแล้วถือว่าช้ามาก

การคำนวณตำแหน่งจริงของเสียง

ลองนึกภาพเครื่องบินที่บินอยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 10 กิโลเมตร (ระดับการบินปกติของเครื่องบินโดยสาร)

• แสง ใช้เวลาเดินทางจากเครื่องบินลงมาถึงตาเราเพียง 0.00003 วินาที
• เสียง ใช้เวลาเดินทางจากเครื่องบินลงมาถึงหูเราประมาณ 29 วินาที

ความต่างเวลานี้ทำให้เราเห็นเครื่องบินอยู่ที่ตำแหน่งปัจจุบัน แต่เสียงที่เราได้ยินนั้นเป็นเสียงที่เครื่องบินสร้างขึ้นเมื่อ 29 วินาทีที่แล้ว ในตำแหน่งที่ห่างออกไปจากจุดที่เรามองเห็นในปัจจุบัน

ตัวอย่างกรณีศึกษา: เครื่องบินเจ็ทที่บินผ่าน

สมมติเครื่องบินบินด้วยความเร็ว 900 กม./ชม. (ประมาณ 250 เมตร/วินาที) ที่ระยะสูง 10 กิโลเมตร

1. ในเวลา 29 วินาทีที่เสียงเดินทางลงมาถึงเรา เครื่องบินได้เคลื่อนที่ไปแล้วประมาณ 7.25 กิโลเมตร
2. เมื่อคุณมองเห็นเครื่องบินอยู่เหนือศีรษะ สิ่งที่คุณได้ยินคือเสียงของเครื่องบินตอที่อยู่ห่างไป 7 กิโลเมตร
3. นี่คือเหตุผลที่เสียงเครื่องยนต์ดังมาจากทิศทางที่เครื่องบินเพิ่งเคลื่อนผ่าน ไม่ใช่จากตำแหน่งที่คุณมองเห็น

ปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันในชีวิตประจำวัน

หลักการเดียวกันนี้ใช้กับปรากฏการณ์ธรรมชาติอื่นๆ:

• ฟ้าผ่า: เราเห็นแสงสายฟ้าก่อน แล้วจึงได้ยินเสียงฟ้าร้อง นับเวลาห่างกัน 3 วินาที เท่ากับระยะทางประมาณ 1 กิโลเมตร
• พลุและดอกไม้ไฟ: เห็นแสงก่อนได้ยินเสียงระเบิด
• การตบมือในสนามกีฬา: ถ้านั่งห่างจากเวที จะเห็นการตบมือก่อนได้ยินเสียง

สรุป

ปรากฏการณ์ที่เสียงเครื่องบินและตัวเครื่องบินอยู่คนละที่เป็นผลมาจากความแตกต่างของความเร็วระหว่างแสงและเสียง แสงเดินทางเร็วกว่าเสียงมาก ทำให้เราเห็นภาพปัจจุบันของเครื่องบิน แต่ได้ยินเสียงในอดีตที่เครื่องบินเคยสร้างไว้

ลองสังเกตด้วยตัวเอง

ครั้งต่อไปที่คุณเห็นเครื่องบินบนท้องฟ้า ลองสังเกตตำแหน่งที่เสียงมาจาก แล้วเปรียบเทียบกับตำแหน่งที่คุณมองเห็นเครื่องบิน คุณจะพบว่าฟิสิกส์ไม่ใช่แค่เรื่องในตำรา แต่อยู่รอบตัวเราจริงๆ ลองแชร์ความรู้นี้กับเพื่อนๆ และอ่านบทความเกี่ยวกับฟิสิกส์ในชีวิตประจำวันเพิ่มเติมได้ที่เว็บไซต์ของเรา