Estallidos Sónicos   13 Jan 2006 - Science

Cuando un cuerpo que se mueve, se va acercando a la velocidad del sonido (unos 340 m/s) se producen unos fenómenos muy particulares e interesantes. En la primera imagen, pueden observar un cuerpo estacionario (imagínense una lavadora, inmóvil en la cocina de su casa) emitiendo ondas sonoras (la lavadora está funcionando y hace ruido). Las ondas se propagan, como ven en la imagen, radialmente en el espacio.

En la segunda imagen, el cuerpo que emite las ondas sonoras, se mueve a una velocidad subsónica cualquiera. Las ondas sonoras aumentan su frecuencia por delante del objeto (se ve claramente como la longitud de onda, que es inversamente proporcional a la frecuencia, se reduce). Esta es la razón por la cual se produce el famoso Efecto Doppler.

En esta imagen, el cuerpo emisor de ondas sonoras se mueve a la velocidad del sonido. Como vemos, las ondas se superponen en la parte delantera del objeto, formando un frente de ondas estacionario con relación al mismo. Si pensamos, por ejemplo, en un avión, el frente de ondas se formará en el morro del mismo. Como el sonido es una onda de presión, en el morro del avión tendremos una zona de presión muy alta, por lo que es muy difícil aumentar más la velocidad. Por ello, ese frente de ondas que se superpone en el morro del avión, se conoce como la barrera del sonido.

Ahora bien, cuando el cuerpo sobrepasa la velocidad del sonido, a Mach 1,2 por ejemplo (técnicamente la velocidad del sonido se denomina Mach 1) observamos como deja un cono de ondas tras de sí, conocido como el cono de Mach. Ese cono es una onda de muy alta presión en al aire, con lo que equivale a un sonido muy intenso. Esta es la razón de que oigamos unos violentos estallidos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros, no son más que los conos de Mach que generan las diferentes partes del avión. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los barcos que se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.

A la derecha, una foto de una bala saliendo de un rifle AK-47 a una velocidad supersónica. Pueden ver la esfera de ondas de presión del aire que se genera alrededor de la boca del rifle. No es más que el ruido del disparo, las ondas sonoras que se alejan radiamente en el espacio de la fuente de sonido. Como ven, la bala adelanta a su propia onda sonora, es supersónica. Pueden apreciarse perfectamente los conos de Mach formados por la punta y por la cola de la bala, las ondas de choque que producirán el estallido sónico. Para poder hacer estas 'fotos del ruido' se utilizan dos métodos, conocidos como shadowgraphy y fotografía Schlieren, que consisten en poner un fondo con un patrón conocido, como una celda de cuadritos, y cuando se hace la foto (desde la parte de atrás de la celda) se reconstruyen las distorsiones (generadas por la luz refractada en las ondas de presión formadas por el ruido) a partir del fondo conocido.

A modo de curiosidad: cuando en el caso del avión, éste pasa cerca de la superficie del mar, donde la humedad del aire es muy alta, las variaciones de presión producidas en el aire cuando el avión alcanza la velocidad del sonido son tan grandes que la humedad puede condensarse, produciéndose un estallido de vapor alrededor del avión. A la derecha, un F/A-18 Hornet Fighter Jet rompiendo la barrera del sonido y provocando un estallido de vapor, en el Océano Atlántico. Una imagen realmente espectacular.