El sonic boom, explosión sónica o estallido sónico es uno de los fenómenos acústicos más impresionantes que existen. Se produce cuando un objeto en movimiento supera la llamada barrera del sonido en un medio fluido. Lo realmente especial de este fenómeno es que no sólo se produce un efecto sonoro sino un efecto visual característico: un cono de vapor de agua rodea al objeto en el momento en que éste supera la barrera del sonido, alrededor de 340 m/s según la temperatura del aire. El ejemplo más común para ilustrar el boom sónico es el de los aviones supersónicos de combate.
Para entenderlo mejor veremos las cuatro fases que intervienen en la formación de este efecto. Para ello supondremos que la barrera del sonido en el aire se produce a 343 m/s (1234,8Km/h) que es la velocidad del sonido a 23 ºC de temperatura:
- Fase 1 – Velocidad subsónica menor a 343 m/s: Un objeto en movimiento produce energía que se distribuye a través del aire en forma de ondas de presión. Este sería el estado habitual de cualquier objeto en movimiento por debajo de la velocidad de sonido. Lo mismo sucede en el caso de un avión en movimiento.
- Fase 2 –Velocidad próxima a 343 m/s: Ahora suponemos que el avión acelera de la velocidad subsónica hasta alcanzar casi la velocidad del sonido: 343 m/s. En este caso las ondas de presión producidas tienden a sumarse en un mismo punto ya que las ondas emitidas en instantes anteriores se suman a las producidas en el instante actual haciendo que la energía sonora se vaya acumulando progresivamente en el frente del objeto. La acumulación de energía sonora hace que la presión aumente gradualmente conforme se alcanza la velocidad del sonido.
- Fase 3 – Velocidad del sonido = 343 m/s,: Este es el momento en el que el objeto iguala la velocidad del sonido. La acumulación de energía sonora en el frente es liberada rápidamente (a esta liberación energética se le llama también onda de choque) haciendo que se produzca un cambio brusco de presión que, al igual que cuando descorchamos una botella de champán, produce una condensación del aire en forma de cono de vapor de agua acompañado de un fuerte estallido (boom sónico o explosión sónica). Esta fase suele durar hasta 1 segundo.
- Fase 4 – Velocidad supersónica mayor a 343 m/s: En este punto el objeto va a mayor velocidad que el sonido. Debido a esto el sonido se propaga en forma de cono de manera similar a la que lo hacen las ondas producidas por un barco en la cola del mismo.
salto
El siguiente esquema muestra estas 4 fases :
El piloto, al contrario de lo que cabria esperar, nunca escuchará el estallido sónico. Esto se debe a que el sonido generado por el boom sónico viaja más despacio que el avión por lo que no alcanzará la cabina del piloto. De hecho, gracias a los avances en ingeniería que hay detrás de estos aviones el piloto no siente apenas nada al sobrepasar la barrera del sonido.
Pero los aviones son el ejemplo más espectacular del boom sónico, existen ejemplos mucho más cercanos como por ejemplo el sonido producido por un látigo. En este caso el efecto se produce a mucha menor escala y no se aprecia el efecto visual de conificación. El impulso que damos con el brazo al desplazarse por un elemento cuya masa se va reduciendo se amplifica proporcionalmente hasta que llega al final del látigo donde la masa se aproxima a 0 y la energía es constante. Este hecho hace que, al igual que en el caso del avión, se produzca una brusca liberación de energía en forma de boom sónico.
Aquí os dejamos un video con varios estallidos sónicos producidos por un látigo.
Además podéis ampliar esta información en los siguientes enlaces:
- http://www.nasa.gov/centers/dryden/Features/WSPR_research_complete_prt.htm
- http://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom
- http://en.wikipedia.org/wiki/Whipcracking
- http://www.jet-fighter-rides.com/tag/sonic-boom/
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