¿Qué es la barrera del sonido?

Seguramente has escuchado hablar sobre la barrera del sonido… pero ¿Qué es realmente?

 

Chuck Yeager, fue el primer hombre en romper la barrera del sonido. El estadounidense logró esta hazaña el 14 de octubre de 1947, mientras volaba el avión cohete Bell X-1 a 13 700 metros sobre el lago seco Rogers en el desierto de Mojave. Durante el vuelo, Yeager alcanzó Mach 1.05, o 1.05 veces la velocidad del sonido. 

Pero, ¿qué es la barrera del sonido y cómo se rompe?

El sonido es la sensación que nos producen ondas en la presión de aire alrededor de nuestros tímpanos. La presión aumenta y disminuye en cada punto unos cientos (o miles) de veces por segundo.

Esas perturbaciones en la presión de aire viajan a una determinada velocidad, que depende de la temperatura del aire y está alrededor de 340 metros por segundo (unos 1200 Km/h). Esa velocidad es alta, pero no tanto como para que los objetos que emiten sonido no puedan ir a velocidades parecidas, incluso superiores.

Cuando un emisor de sonido se mueve, "empuja" al sonido en la dirección hacia la que va (poniendo más juntas las ondas) y lo "estira" de donde viene poniéndolas más separadas. Eso da lugar al característico sonido de las carreras de coches (o de las ambulancias en la calle), más agudo cuando se acerca a ti y más grave cuando se aleja.

Si llega a ir más deprisa que el sonido, solo emite sonido "hacia atrás" ya que por delante adelanta las ondas que va produciendo. Esto genera un cono de sonido centrado en el emisor, y en el borde de ese cono se suma el sonido producido en distintos momentos del viaje del objeto.

Recordemos que el sonido son ondas de presión, así que ese borde del cono tiene una presión muy alta, capaz de romper cristales, por ejemplo. A esa sobrepresión es a la que se le llama "barrera del sonido".

La velocidad a la que se rompe la barrera del sonido depende de muchas condiciones, incluidas el clima y la altitud. En condiciones ideales, con una temperatura ambiente, la velocidad del sonido es de 343 metros por segundos (1.235 kilómetros por hora).

Cualquier cosa que exceda la velocidad del sonido crea un "boom sónico", no solo los aviones. Un avión, una bala o la punta de un látigo pueden crear este efecto; todos producen una grieta. Este cambio de presión creado por el boom sónico puede ser bastante perjudicial. En el caso de los aviones, se sabe que las ondas de choque rompen las ventanas de los edificios.

Las ondas de presión de un boom sónico, también conocidas como ondas sonoras, se propagan a la velocidad del sonido. Cuando una aeronave se mueve más rápido que la velocidad del sonido (rompiendo la barrera del sonido), las ondas de presión no se propagan frente a la aeronave, sino que crean una onda que genera enormes cantidades de energía sonora, que suena similar a una explosión o un trueno en el oído humano.

Esta onda de sonido puede ser tan estruendosa que puede ser confundida con la explosión de una bomba.

Las ondas de choque, se  generan debido a la enorme presión que producen las capas de aire por delante del avión, y a la resistencia que éstas ofrecen al avance del aparato.

Debido a las leyes de la dinámica de fluidos, cuanto mayor es la velocidad, mayor es esa resistencia, eso es debido a que cuando un avión vuela a bajas velocidades el aire, que es un fluido, tiende a deslizarse alrededor del fuselaje aumentando su velocidad relativa, y por tanto disminuyendo su presión.

En cambio, cuando se vuela a velocidades supersónicas, las capas de aire tienden a comprimirse en los bordes de impacto de la aeronave, por lo que genera una fuerte resistencia al avance, provocando una exponencial resistencia aerodinámica. Por eso, todos los aviones están diseñados para alcanzar altas velocidades, no únicamente los aviones supersónicos. Los aviones comerciales alcanzan velocidades de 0.85 Mach, siguen un mismo patrón aerodinámico: alas en flecha, morros muy afilados y fuselajes esbeltos.

Como dato curioso, los integrantes de la nave no perciben el aterrador ruido, ya que ellos viajan a mayor velocidad que las ondas sonoras. Junto a esta explosión, en muchas ocasiones surge en el cielo un enorme disco de color blanco que envuelve el objeto.

La NASA y algunas compañías pretenden resucitar los aviones supersónicos que alcancen velocidades récord de forma silenciosa. “Queremos construir un futuro en el que la humanidad pueda viajar entre dos puntos cualquiera de nuestro planeta en tres horas", afirma Tom Vice, presidente de Aerion. Su compañía espera desarrollar un avión capaz de transportar a 50 pasajeros de Los Ángeles a Tokio en menos de tres horas. Actualmente realizar este trayecto lleva más de 10 horas. Mientras tanto, la empresa Boom trabaja en un avión para unos 90 pasajeros que en teoría podría volar de París a Montreal en unas cuatro horas (en lugar de siete) y de Los Ángeles a Sydney en ocho horas (en lugar de 14).

Elaboración propia

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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