Waarom viel supersonische skydiver Baumgartner sneller dan verwacht?

Hoe snel valt een parachutist? Dat is nog een lastige opgave, waar veel aerodynamische effecten aan te pas komen. De meeste parachutisten zal het misschien een zorg zijn, maar Felix Baumgartner wilde niet alleen de hoogste sprong ooit maken, ook wilde hij de geluidssnelheid doorbreken met zijn vrije val. Om te weten vanaf hoe hoog hij daarvoor moest springen, werd vooraf een berekening gemaakt, uitgaande van een glad en symmetrisch object.

Er werd verwacht dat hij minder snel zou vallen dan zo’n glad object, maar hoewel Baumgartner in zijn bijna-astronautenpak niet echt een aerodynamisch projectiel kon worden genoemd, viel hij juist sneller. Uiteindelijk suisde hij met 1,25 keer de geluidssnelheid door de lucht. Die hoge snelheid kwam als een verrassing voor de wetenschappers die aan het project meewerkten. Maar nu hebben ze berekend hoe dat kon. Juist met een grof oppervlak en een onregelmatige vorm neemt je luchtweerstand niet toe als je de geluidssnelheid benadert.

Buitenkans voor de wetenschap

Voor de wetenschappers was deze sprong een buitenkansje. Zo komt het niet vaak voor dat onregelmatig gevormde menselijke objecten zo’n hoge snelheid bereiken, en meestal zijn er dan weinig data om mee te rekenen. Maar bij Baumgartner's sprong werden veel gegevens opgenomen, zodat de val goed gereconstrueerd kon worden. Daaruit bleek de luchtweerstand niet toe te nemen bij de benadering van de geluidssnelheid, zoals voorspeld.

Waarom bleef de luchtweerstand relatief laag?

De wetenschappers gingen uit van aerodynamische modellen die beschrijven hoe objecten zich gedragen rond de geluidssnelheid. Veel hangt af van hoe soepel de lucht rond zo’n object beweegt. Over een glad oppervlak beweegt de lucht zich meestal heel gelijkmatig. Maar bij hogere snelheden komt er een punt dat die gladde lucht ‘loslaat’ van het oppervlak en turbulent wordt. Die turbulentie heeft een remmend effect, en dit effect is veel sterker bij een onregelmatig of ruw oppervlak. Het was echter moeilijk te voorzien hoe Baumgartner in dit model zou passen.

Daar kwam nog het effect bij dat bij het naderen van de geluidssnelheid kleine schokgolven kunnen ontstaan rond onregelmatigheden (zoals de grote schokgolf die je hoort als een vliegtuig door de geluidsbarrière vliegt). Deze effecten gaan echter uit van een overgang van soepele naar turbulente luchtbewegingen rond een versnellend object. De wetenschappers kwamen tot de conclusie dat Baumgartner in zijn pak hiervoor domweg te stroef en onregelmatig gevormd was en bij alle snelheden alleen maar turbulente lucht om zich heen had. Soms is een onaerodynamische vorm dus sneller dan je zou verwachten.

Dit artikel is verzorgd door de wetenschapsredactie van De Kennis van Nu (NTR).

NPO Radio 1 houdt je dagelijks op de hoogte over de laatste ontwikkelingen in de wetenschap

Maandag t/m vrijdag rond 16.20 uur in Nieuws en Co