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La velocidad supersónica es la velocidad de un objeto que supera la velocidad del sonido ( Mach 1). Para objetos que viajan en aire seco a una temperatura de 20 °C (68 °F) a nivel del mar , esta velocidad es de aproximadamente 343,2 m/s (1126 ft/s; 768 mph; 667,1 nudos; 1236 km/h) . Las velocidades superiores a cinco veces la velocidad del sonido (Mach 5) se denominan hipersónicas . Los vuelos en los que solo algunas partes del aire que rodea un objeto, como los extremos de las palas del rotor, alcanzan velocidades supersónicas se denominan transónicos . Esto suele ocurrir entre Mach 0,8 y Mach 1,2.
El sonido son vibraciones que se propagan en forma de ondas de presión en un medio elástico. Los objetos se mueven a velocidad supersónica cuando su velocidad es mayor que la velocidad a la que el sonido se propaga a través del medio. En los gases, el sonido viaja longitudinalmente a diferentes velocidades, que dependen principalmente de la masa molecular y la temperatura del gas, y la presión tiene poco efecto. Dado que la temperatura y la composición del aire varían significativamente con la altitud, la velocidad del sonido y el número de Mach para un objeto en movimiento constante pueden cambiar. En el agua a temperatura ambiente , la velocidad supersónica se define como cualquier velocidad superior a 1440 m/s (4724 ft/s). En los sólidos, las ondas sonoras pueden estar polarizadas longitudinal o transversalmente y tener velocidades más altas.
La fractura supersónica es la formación de grietas a una velocidad superior a la del sonido en un material frágil .
Significado temprano
La palabra supersónico proviene de dos palabras derivadas del latín : 1) super : por encima y 2) sonus : sonido, que juntas significan por encima del sonido o más rápido que el sonido.
A principios del siglo XX, el término "supersónico" se utilizaba como adjetivo para describir sonidos cuya frecuencia está por encima del rango de audición humana normal. El término moderno para este significado es " ultrasónico ".
objetos supersónicos
La punta de un látigo se considera generalmente el primer objeto diseñado para alcanzar la velocidad del sonido. Esta acción produce su característico "chasquido", que en realidad es un estampido sónico . El primer estampido supersónico de origen humano probablemente fue causado por un trozo de tela común, lo que condujo al desarrollo del látigo. [ 3 ] Es el movimiento ondulatorio que se propaga a través del látigo lo que le permite alcanzar velocidades supersónicas. [ 4 ] [ 5 ]
La mayoría de las balas de armas de fuego modernas son supersónicas, y los proyectiles de rifle a menudo viajan a velocidades que se aproximan y en algunos casos [ 6 ] superan con creces Mach 3 .
La mayoría de las naves espaciales son supersónicas al menos durante ciertas fases de su reentrada, aunque los efectos sobre la nave se reducen debido a la baja densidad del aire. Durante el ascenso, los vehículos de lanzamiento generalmente evitan alcanzar velocidades supersónicas por debajo de los 30 km (aproximadamente 98 400 pies) para reducir la resistencia del aire.
La velocidad del sonido disminuye ligeramente con la altitud, debido a las temperaturas más bajas que se registran allí (normalmente hasta los 25 km). A altitudes aún mayores, la temperatura comienza a aumentar, con el consiguiente incremento de la velocidad del sonido.
Cuando un globo inflado explota, los trozos de látex desgarrados se contraen a velocidad supersónica, lo que contribuye al fuerte y agudo estallido.
Vehículos terrestres supersónicos
Hasta la fecha, solo un vehículo terrestre ha viajado oficialmente a velocidad supersónica: el ThrustSSC . Este vehículo, conducido por Andy Green , ostenta el récord mundial de velocidad en tierra, tras haber alcanzado una velocidad media de 1228 km/h (763 mph) en su recorrido bidireccional en el desierto de Black Rock el 15 de octubre de 1997.
El proyecto Bloodhound LSR planeó un intento de récord en 2020 en Hakskeenpan , Sudáfrica, con un vehículo híbrido propulsado por un motor a reacción. El objetivo era batir el récord existente y luego realizar nuevos intentos, durante los cuales el equipo esperaba alcanzar velocidades de hasta 1600 km/h (1000 mph) . El esfuerzo fue liderado inicialmente por Richard Noble, quien dirigía el proyecto ThrustSSC; sin embargo, debido a problemas de financiación en 2018, el equipo fue adquirido por Ian Warhurst y renombrado Bloodhound LSR. Posteriormente, el proyecto se retrasó indefinidamente debido a la pandemia de COVID-19 y el vehículo se puso a la venta.
vuelo supersónico
La mayoría de los aviones de combate modernos son supersónicos. Ningún avión de pasajeros actual es capaz de alcanzar la velocidad supersónica, pero sí existieron aviones de pasajeros supersónicos , como el Concorde y el Tupolev Tu-144 . Ambos aviones de pasajeros , así como algunos cazas modernos, también son capaces de realizar supercrucero , una condición de vuelo supersónico sostenido sin el uso de postcombustión . Debido a su capacidad para realizar supercrucero durante varias horas y a la frecuencia relativamente alta de sus vuelos durante varias décadas, el Concorde pasó más tiempo volando a velocidad supersónica que todos los demás aviones juntos, por un margen considerable. Desde el último vuelo de retiro del Concorde el 26 de noviembre de 2003, no quedan aviones de pasajeros supersónicos en servicio, aunque el Boom Overture podría reintroducir el vuelo supersónico en el futuro una vez completado. Algunos bombarderos grandes , como el Tupolev Tu-160 y el Rockwell B-1 Lancer, también son capaces de volar a velocidad supersónica.
La aerodinámica de las aeronaves supersónicas es más sencilla que la de las subsónicas, ya que las capas de aire en diferentes puntos del avión a menudo no se afectan entre sí. Los aviones y cohetes supersónicos requieren un empuje varias veces mayor para superar la resistencia aerodinámica adicional que se experimenta en la región transónica (alrededor de Mach 0,85–1,2). A estas velocidades, los ingenieros aeroespaciales pueden guiar suavemente el aire alrededor del fuselaje de la aeronave sin producir nuevas ondas de choque , pero cualquier cambio en el área transversal más adelante en el vehículo genera ondas de choque a lo largo del cuerpo. Los diseñadores utilizan la regla del área supersónica y la regla del área de Whitcomb para minimizar los cambios bruscos de tamaño; sin embargo, en aplicaciones prácticas, una aeronave supersónica debe operar de forma estable tanto en perfiles subsónicos como supersónicos, por lo que el diseño aerodinámico es más complejo.
La clave principal para lograr una baja resistencia supersónica reside en diseñar la aeronave de forma adecuada, haciéndola larga y delgada, y acercándola a una forma "perfecta", como la ojiva de von Karman o el cuerpo Sears-Haack . Esto ha provocado que casi todos los aviones de crucero supersónicos se parezcan entre sí, con un fuselaje muy largo y estilizado y grandes alas delta (véase el SR-71 , el Concorde , etc.). Si bien esta forma no es ideal para aviones de pasajeros, resulta bastante adaptable para su uso como bombarderos.
Véase también
Referencias
- ↑ "APOD: 19 de agosto de 2007 - Un estallido sónico" . antwrp.gsfc.nasa.gov .
- ↑ "NUBE DE CONDENSACIÓN DEL F-14 EN ACCIÓN" . www.eng.vt.edu . Archivado del original el 2 de junio de 2004.
- ↑ "¿Viaja la punta de una toalla rota más rápido que el sonido? "
- ↑ Mike May (2002). "Matemáticas geniales" . American Scientist . 90 (5). Archivado del original el 22 de marzo de 2016. Recuperado el 26 de agosto de 2015 .
- ↑ "Hipografía: ciencia para todos: explicación del misterio del chasquido del látigo" . Archivado del original el 17 de febrero de 2012. Consultado el 6 de febrero de 2008 .
- ↑ "Tablas de munición Hornady" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 27/09/2007 . Consultado el 04/11/2011 .
Enlaces externos
- "¿Podremos volar alguna vez más rápido que la velocidad del sonido?", octubre de 1944, Popular Science, uno de los primeros artículos sobre ondas de choque y vuelos a la velocidad del sonido.
- "Gran Bretaña alcanza la velocidad supersónica", enero de 1946, artículo de Popular Science de 1946 que intenta explicar el vuelo supersónico al público en general.
- MathPages – La velocidad del sonido
- Niveles de presión sonora supersónicos
- Aerodinámica
- Ingeniería aeroespacial
- Velocidad aerodinámica
- Sonido
- Tasas temporales