Superare il “MURO” del suono

Avete sicuramente già sentito parlare di “superare il muro del suono” e probabilmente vi sarà capitato di imbattervi in immagini di questo tipo, dove un jet crea uno strano cono di “aria” quando raggiunge la velocità ultrasonica, giusto?

A cos’è dovuto quel cono e cos’è il muro del suono?

Per capirlo, mettiamo le fondamenta al ragionamento successivo: che cos’è il suono?
Il suono è una vibrazione che si propaga in un mezzo, che non dev’essere per forza l’aria. A seconda del mezzo in cui si propaga la velocità del suono cambia: nell’aria raggiunge la apparentemente altissima velocità di circa 1200 km/h (varia in base alla temperatura).
In realtà 1200 km/h non sono poi tanti se confrontati con la velocità della luce (circa 300.000 km al SECONDO), e questa differenza di velocità è evidente anche a noi poveri umani in molte occasioni… ad esempio quando guardiamo i fuochi d’artificio a poche centinaia di metri da noi il suono è palesemente in ritardo rispetto alla luce delle esplosioni in aria!

Ok quindi, ma come mai se un jet raggiunge questa velocità si genera un’onda d’urto che non solo è visibile, ma è anche udibile a grandi distanze, come se avenisse uno scoppio?

Passiamo alla parte intessante, dandoci una mano con queste utili immagini:

Velocità inferiore a quella del suono

Come sappiamo il suono generato da un oggetto in movimento viene percepito più acuto se la fonte del suono viaggia nella nostra direzione, viceversa è meno acuto se si allontana da noi (pensate al suono dell’ambulanza che si avvicina e si allontana): è l’effetto Doppler.
Nell’immagine sottosi capisce il perchè: a causa del movimento dell’oggetto verso destra le onde sonore sono molto più “vicine” (ad alta frequenza) nella direzione del movimento, mentre sono più “lontane” (a bassa frequenza) nel verso opposto.
Per restare nell’esempio dell’ambulanza: la sirena emette onde concentriche attorno a sè ma dato che non è immobile il centro delle onde si sposta con lei, “schiacciando” la frequenza nella direzione del movimento (e maggior frequenza significa suoni più acuti).

Animazione Effetto Doppler (wiki)

Quando la fonte che genera il suono è così veloce da raggiungere la velocità di 1200 metri al secondo il suono non riesce a estendersi nella direzione in cui si muove l’oggetto, perchè il centro delle onde concentriche si sposta verso destra alla stessa velocità con cui le onde si estenderebbero in quella direzione:

Velocità uguale a quella del suono

Questa situazione molto particolare causa la sovrapposizione delle onde in un cono, si viene così a creare una vera e propria barriera di pressione visibile anche ad occhio nudo: il “muro” del suono!

Questo effetto non è da sottovalutare, basta pensare che durante la seconda guerra mondiale alcuni aerei che cercavano di superare la velocità del suono attaccando le navi in picchiata finivano distrutti non riuscendo a sopportare questo aumento di pressione causato dalle onde sonore!!!

Parliamo ora del rumore causato dal superamento della velocità del suono.

Prima di tutto: il “boom sonico” in realtà sono due boom!

Questi “bang” sono conseguenza del cambio di pressione che si ha tra la punta dell’aereo (altissima pressione, primo bang), la sua coda e il successivo ritorno alla pressione normale (secondo bang) quando si raggiunge la velocità del suono.

Non bisogna andare per forza su un jet per provare questo particolare effetto, basta allenarsi un po’ con una frusta (se usata correttamente infatti la punta supera la velocità del suono durante il movimento)!!!

La forza del boom sonico dipende dalla quantità d’aria spostata e quindi dalle dimensioni dell’oggetto ad alta velocità (ecco perchè la frusta non fa tanto rumore).

Rimando ad un altro articolo le spiegazioni su cosa succede quando ci si avvicina alla velocità della luce… altro che boom sonico!

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Samuele su B-log(0), 2013. | Permalink | Nessun commento | Aggiungi a del.icio.us