Apa yang menyebabkan dentuman sonik?

Banyak yang tidak masuk akal seputar cerita tentang dentuman atau ledakan sonik. Columbia Encyclopedia edisi ke-5 (1993) mengatakan, “Sebuah benda seperti pesawat terbang, misalnya, menghasilkan bunyi. Ketika bunyi benda itu mencapai atau melebihi kecepatan bunyi, benda tersebut berhasil menyusul kebisingannya sendiri.”

Di pihak lain, banyak orang percaya ada sesuatu hal yang disebut “perintang bunyi” atau sound barrier, juga bahwa ketika pesawat terbang melewatinya ia mengeluarkan dentuman keras, seolah-olah ia menabrak dinding kaca yang tidak kelihatan. Itu juga salah. Semua orang pasti tergiring ke pemikiran seperti itu akibat penggunaan istilah “perintang” atau barrier. Istilah ini tidak pernah dimaksudkan untuk menyiratkan perintang fisik di angkasa sana, tetapi hanya bahwa kecepatan bunyi menghadirkan rintangan terhadap pengembangan pesawat terbang lebh cepat. Yang dimaksud sound barrier adalah perintang dalam konteks perancangan aeronotika, bukan perintang fisik. Bagaimanapun, ketika pesawat “memintas” sound barrier, jelas ada sejumlah tegangan fisik yang dialami pesawat akibat gelombang kejut (shockwave).

Perintang sesungguhnya terhadap penerbangan supersonik ditimbulkan oleh kecepatan bunyi sendiri. (Dan tentu saja supersonik artinya lebih cepat daripada kecepatan bunyi; sedangkan ultrasonic merujuk ke bunyi dengan frekuensi lebih tinggi daripada yang dapat didengar manusia.) Sesungguhnyalah banyak hal unik terjadi ketika benda mendekati kecepatan bunyi di udara.

Pesawat terbang menembus udara dengan kecepatan beberapa ratus km/jam. Kecepatan cukup rendah ini memungkinkan molekul-molekul udara tetap santai ketika harus menyibak memberi jalan; situasinya kurang lebih seperti ketika seseorang berjalan pelan-pelan menyibak kerumunan orang. Akan tetapi ketika kecepatan pesawat menjadi sebanding dengan kecepatan molekul-molekul, molekul-molekul tersebut tidak sempat menghindar; mereka bertumpuk di tepi-tepi depan pesawat dan terdorong bersamanya. Penumpukan udara bertekanan secara cepat ini menghasilkan “kejutan udara” atau gelombang kejut, yang berwujud dentuman keras. Gelombang bunyi tersebut memancar ke segala arah dan dapat terdengar sebaga sebuah ledakan oleh orang-orang dibawah sana.

Apa kaitan semua tadi dengan kecepatan bunyi? Baiklah, bunyi tidak lain adalah serangkaian pemampatan dan pemuaian udara. Jika molekul-molekul udara berkeliaran dengan kecepatan tertentu, maka ada batas terhadap seberapa cepat udara dapat dimampatkan dan dimuaikan, karena molekul-molekul tidak dapat dimampatkan dan dimuaikan lebih cepat daripada gerak masing-masing terhadap yang lain. Itu sebabnya kecepatan molekul-molekul udara memberi batas terhadap seberapa cepat bunyi boleh melaluinya.

Bunyi akan merambat lebih cepat di udara hangat ketimabng di udara sejuk dan bunyi juga melaju lebih cepat di udara padat bertekanan tinggi. Itu sebabnya pesawat supersonik beroperasi paling baik di ketinggian sangat tinggi yang dingin, karena mereka tidak perlu melaju terlalu kencang untuk melampaui kecepatan bunyi. Pada ketinggian 9 km di atas permukaan laut, udara cukup dingin dan tipis sehingga kecepatan bunyi hanya 1100 km/jam.