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¿Por qué es ilegal romper la barrera del sonido?
F/A-18 transónico de la Marina de EE.UU. empujando la barrera del sonido. La nube blanca supersónica se forma por la disminución de la presión y la temperatura del aire alrededor de la cola del avión (véase la singularidad de Prandtl-Glauert)[1][2].
La barrera del sonido o barrera sónica es el gran aumento de la resistencia aerodinámica y otros efectos indeseables que experimenta un avión u otro objeto cuando se acerca a la velocidad del sonido. Cuando las aeronaves se aproximaron por primera vez a la velocidad del sonido, se consideró que estos efectos constituían una barrera que dificultaba o imposibilitaba las velocidades más rápidas[3][4] El término barrera del sonido se sigue utilizando hoy en día para referirse a las aeronaves que se aproximan al vuelo supersónico en este régimen de alta resistencia. Volar más rápido que el sonido produce un estampido sónico.
En aire seco a 20 °C (68 °F), la velocidad del sonido es de 343 metros por segundo (unas 767 mph, 1234 km/h o 1.125 pies/s). El término comenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial, cuando los pilotos de aviones de combate de alta velocidad experimentaron los efectos de la compresibilidad, una serie de efectos aerodinámicos adversos que impedían una mayor aceleración, aparentemente impidiendo el vuelo a velocidades cercanas a la del sonido. Estas dificultades representaban una barrera para volar a velocidades más rápidas. En 1947, el piloto de pruebas estadounidense Chuck Yeager demostró que era posible volar con seguridad a la velocidad del sonido en aviones diseñados para ello, rompiendo así la barrera. En la década de 1950, los nuevos diseños de aviones de combate alcanzaban de forma rutinaria la velocidad del sonido, y más rápido[N 1].
Romper la barrera del sonido
Durante la Segunda Guerra Mundial, el mundo de la aviación experimentó una impresionante revolución tecnológica. Cada vez los aviones eran capaces de volar más alto y más rápido. Pero los pilotos e ingenieros se toparon una y otra vez con la llamada “barrera del sonido”. Es decir, la posibilidad de superar la velocidad a la que se transmiten las ondas sónicas a través del aire. Aproximadamente 344 m/s a 20ºC de temperatura, o lo que es lo mismo, 1.238,4 km/h.
A pesar de los avances tecnológicos que se iban implementando en cada nueva generación de aviones, no era posible superar la mítica barrera. Cada nuevo intento se coronaba con un estrepitoso fracaso, cuando no con graves accidentes.
Y uno se pregunta: ¿por qué? Entre los principales obstáculos estaba el hecho de que en las pruebas a medida que el avión se acercaba a Mach 1 (unidad de medida de la velocidad del sonido) la resistencia aerodinámica aumentaba exponencialmente debido a lo que se conoce como “resistencia al arrastre”. compresibilidad “que da lugar a lo que se conoce como onda de choque”. Esa “onda de choque” que al atravesarla provoca la conocida “estampida sónica”.
Velocidad del sonido
La velocidad del sonido es la velocidad a la que se mueven las vibraciones sonoras a través de un medio. En el aire a nivel del mar, esta velocidad es de unos 340,29 m/s (1.225 km/h). La velocidad del sonido varía con la temperatura del aire, pero es casi completamente independiente de la densidad. Romper la barrera del sonido fue uno de los principales objetivos de la aviación durante sus primeros 50 años, hasta que finalmente lo consiguió el 14 de octubre de 1947 el aviador Chuck Yeager volando en un Bell XS-1, actualmente expuesto en el Museo Nacional del Aire y del Espacio.
El primer objeto autopropulsado que rompió la barrera del sonido fueron los misiles alemanes V-2 lanzados durante la Segunda Guerra Mundial. En 1944, estos misiles viajaban regularmente a cuatro veces la velocidad del sonido (Mach 4) durante el descenso. Cuando los misiles, los aviones o cualquier otro objeto veloz rompen la barrera del sonido, provocan un estampido sónico, un fuerte boom causado por el choque de las ondas de presión alrededor del objeto. Así, cuando estos misiles fueron lanzados en masa, el aire se llenó del ruido de los estampidos sónicos.
Cuando un objeto viaja por el aire, se ve rodeado de esferas de presión, causadas por el desplazamiento que crea en el aire debido a su movimiento. A medida que un objeto se mueve más y más rápido, empieza a alcanzar estas esferas de presión en una dirección, haciendo que se compriman por delante de la nave. Al medirlo, se observa que el aire es mucho más denso que el aire típico, mientras que el aire detrás de la nave es más fino. Cuando la nave está rompiendo la barrera del sonido, moviéndose a más de 761 mph, el aire de delante se comprime tanto que las esferas de presión empiezan a quedar detrás del avión. No pueden expandirse por delante del avión más rápido de lo que se generan.
El boom sónico del Concorde
La velocidad supersónica es una velocidad de desplazamiento de un objeto que supera la velocidad del sonido (Mach 1). Para los objetos que viajan en aire seco a una temperatura de 20 °C (68 °F) esta velocidad es de aproximadamente 343 m/s, 1.125 pies/s, 768 mph o 1.235 km/h.
Un estampido sónico es el sonido asociado a las ondas de choque creadas por un objeto que viaja por el aire a una velocidad superior a la del sonido. Los estampidos sónicos generan enormes cantidades de energía sonora, con un sonido muy parecido al de una explosión. Eso significa que la fuente de sonido (en este caso un avión), pasará por delante de un observador inmóvil (como tú) antes de que escuche realmente el sonido que crea. Para ayudar a visualizar esto, echa un vistazo al gif animado de abajo:
A continuación encontrarás una galería de aviones increíblemente rápidos y caros que rompen la barrera del sonido y, por tanto, viajan a velocidades supersónicas. Esto significa que van a más de 343 metros por segundo (1.125 pies por segundo). Para mejorar la galería, sólo hay que tratar de imaginar el sonido que (eventualmente) acompañaría a tal avistamiento. Las estelas de vapor y la humedad que aparecen alrededor de los aviones también añaden un gran toque a estas increíbles fotos. ¡Que las disfrutes!
