כיצד נוצר בום על־קולי

האטמוספירה שלנו היא סוג של חומר, וכמו כל חומר אחר, גם היא מורכבת ממולקולות בצפיפות מסוימת. מולקולות האוויר שבאטמוספירה מתנגשות זו בזו כל הזמן, ובעת שגוף זר דוחף אותן בכיוון כלשהו הן יוצרות גלים באותו הכיוון. הגלים האלה מכונים "גלי קול", אף שלא את כולם אפשר לשמוע באוזן האנושית.
מהירות הקול היא המהירות שבה מתקדמים גלי הקול בחומר נתון. בפלדה, למשל, מהירות הקול היא כמה אלפי מטרים בשנייה; באוויר היא כ־330 מטרים בשנייה (או כ־1,225 קילומטרים לשעה בגובה פני הים); במים מהירות הקול גבוהה ביותר מפי ארבעה ממהירותו באוויר; ובריק מוחלט הקול לא יכול להתקדם כלל.
כמו כל גל, גם גלי הקול מתפשטים בצורה מעגלית – אפשר לדמיין אותם כאדוות שנוצרות מזריקת אבן למים. כשגוף, למשל מטוס, עובר את מהירות הקול בחלל שבו הוא נע, הוא בעצם משיג כל הזמן את גל הקול ופורץ את מעגלי הגלים. דבר זה גורם לשינוי צורת התפשטות הגלים לכדי גל הלם יחיד, והוא מתפשט מאחורי המטוס בצורת קונוס. גל ההלם הזה הוא מה שמכונה "בום על־קולי".
כל זמן שמטוס טס במהירות על־קולית הוא מייצר את גל ההלם הזה באופן רציף. ככל שהוא טס בגובה רב יותר, כך הרעש יישמע למרחק רב יותר, כי רדיוס הקונוס גדל. העוצמה הגדולה ביותר של הבום נשמעת במקום שנמצא בדיוק מתחת לנתיב הטיסה, ומהירות גל ההלם ועוצמתו עומדות ביחס ישר למהירות הגוף המחולל ולגודלו. זו הסיבה לחשש הגדול מתפוצה רחבה של מטוסי נוסעים על־קוליים גדולים.