La Fisica y el Sonido

El sonido es un fenómeno físico asociado a la propagación de una onda elástica en un medio continuo como el aire, un sólido o un líquido. Es una onda mecánica (necesita de un medio elástico para transmitirse), de tipo longitudinal y esférica.

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras. Estas variaciones de presión (captadas por el oído humano) producen en el cerebro la percepción del sonido.

La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras. En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases.

Cuando un cuerpo en movimiento emite un sonido se produce el llamado efecto Doppler según el cual un receptor, parado o también en movimiento, detecta una frecuencia distinta de sonido de la que emitiría el cuerpo en reposo. Esta es la razón por la que cuando una vehiculo (moto, coche, ambulancia…) se acerca a nosotros, pasa por nuestro lado para continuar alejándose percibimos un cambio en la frecuencia del sonido: Fiiiiiiiiiiiii-uuuum. Agudo cuando se acerca, grave cuando se aleja.
Otro ejemplo.

Y ahora vamos a lo divertido: barrera de sonido, estallido sonico y onda de choque. Videos al final.
Si no has llegado hasta aqui te jodes.
La teoría es prescindible, pero por curiosidad no cuesta leerla.

En aerodinámica, la barrera del sonido es un supuesto límite físico que impediría que objetos de gran tamaño se desplazaran a velocidad supersónica. El término se empezó a utilizar durante la Segunda Guerra Mundial, cuando un cierto número de aviones empezaron a tener problemas de compresibilidad (así como otros problemas no relacionados) al volar a grandes velocidades, y cayó en desuso en los años 1950, cuando los aviones empezaron a romper esa barrera de forma rutinaria.

Cuando un avión se acerca a la velocidad del sonido, la forma en que el aire fluye alrededor de su superficie cambia y se convierte en un fluido compresible, dando lugar a una resistencia mayor.

Inicialmente se pensaba que el aumento de la resistencia seguía un crecimiento exponencial, por lo que un avión no podría superarla aún aumentando de manera sustancial la potencia de los motores. De ahí el nombre de barrera del sonido.

Sin embargo, esta idea ya había sido descartada por los artilleros del siglo XIX. Desde Ernst Mach se sabía que, a partir de cierto punto, la resistencia ya no aumenta más y, de hecho, se reduce. De manera que para atravesar la barrera del sonido sería suficiente con disponer de mayor propulsión y mejor aerodinámica para vencer ese punto máximo de resistencia.

En el siguiente video podemos comprobar como superar la barrera del sonido no es moco de pavo. Desconozco la causa de la explosión. Lo que muestra el video es que el paso de vuelo transónico a supersónico es un momento crítico de mucho stress para la máquina.

En el momento de rebasar la velocidad del sonido se produce el estampido sónico. Se denomina explosión sónica, boom sónico o estampido sónico al componente audible de la onda de choque provocada por un avión cuando sobrepasa la velocidad Mach 1. La explosión sónica sucede porque, al ser la velocidad de la fuente próxima a Mach 1, los frentes de onda que genera comienzan a solaparse el uno contra el otro. Si la velocidad de la fuente supera la velocidad del sonido se producirá una “conificación” de las ondas detrás de ella. En el caso del avión caza, el piloto no puede oír esa explosión ni el ruido del motor viajando por el aire, ya que este es dejado atrás por el avión.
Imprescindible ver esta imagen: Solapamiento y conificación.
El descubrimiento del Cono de Match se debe a Ernst Match.

A velocidades transónicas se produce una onda de choque.
En la mecánica de fluidos una onda de choque es una onda de presión fuerte que a través de explosiones u otros fenómenos produce diferencias de presión extremas. El concepto de onda de choque es más complicado.
Y la explicacion de la wikipedia me parece muy oscura y tengo dudas de que sea totalmente correcta. Al menos hay cosas que no me cuadran, asi que lo explicaré a mi manera tomando como ejemplo una explosion. Una explosión es cuando un compuesto se descompone en gases, aumentando el volumen violentamente y liberando energía.
Yo lo entiendo como si fueran ondas solapadas (como las de la imagen del avion apunto de romper la barrera del sonido) siendo el avion en este caso la expansion del gas tras la explosion. Por tanto, ese gas que se expande produce una sobrepresion sobre el que esta inmediatamente al lado, pero el gas de la explosion sigue expandiendose a una velocidad muy cercana a la que se propaga la onda de presión que ha generado y el medio no es capaz de absorber la energía generada.

Y ahora vamos a los videos:

Ondas de choque:
-100 Toneladas
-30 Tn y 429 Tn, desde otra perspectiva.
-Gases expulsados por la boca del cañon de un tanque.

Barrera del sonido y estampido sónico:
-Aqui os dejo un video con varios aviones rompiendo la barrera del sonido. Se aprecia el estallido sónico. La estela blanca que se forma es vapor de agua condensado por la alta presion que se produce en el momento de superar la barrera.

-Misil rompe la barrera del sonido poco despues de ser lanzado. Minuto dos. Por cierto, esas fragatas son españolas.

Y de propina estos porque son espectaculares.
Quien necesita un tanque pudiendo llevar hummers…
Javelin.

Tags: fisica, sonido