04 de gener 2009

Trencant la barrera del so

Després de la retirada en servei del Concorde, se'ns fa dificil per la majoria dels mortals creuar la barrera del so (bé, tampoc és que el preu dels seus billets fos una ganga, però tampoc era impossible). Així que el més proper que un pot experimentar del pas de la barrera del so és l'explosió sònica, ona de xoc audible quan un avió militar sobrepassa la barrera Mach 1 (velocitat del so aproximadament 1225 km/h). La veritat que un servidor a Ingolstadt la va escoltar alguns cops (el projecte Eurofighter de l'agencia aeroespaial europea es feia a pocs quilòmetres), i primerament no tens idea de què és, fins que veus en un vist i no vist l'avió volant per sobre el teu cap. De fet curiosament i trivial, aquesta explosió no serà mai escoltada ni pel pilot ni pels passatgers, pel fet que aquests ja estan avançant a velocitats superiors a la que es pot propagar el so del boom. De fet el què es sol sentir és un doble boom. I és que la causa de l'explosió que un sent són les variacions violentes de pressió que es produeixen en l'aire que envolta l'avió. El nas penetra l'aire i incrementa súbitament la pressió local, però la pressió va descendent fins a valors negatius a la cua (en termes relatius amb la pressió normal de l'aire en aquell moment). Per tant la doble explosió és causada pels increments entre aire i frontal i entre cua i aire. La causa física del fenomen és que les ones de pressió que genera un avió (similars a les ones que deixa un vaixell sobre l'aigua) es mouen a la velocitat del so. Quan s'assoleix aquesta velocitat, les ones es solapen i produeixen aquestes ones de xoc que es van deixant enrere en forma d'un con que es va estretant a mesura que es va augmentant la velocitat (veure il.lustració). El boom sònic es va produint constantment mentre l'avió viatja a velocitats hipersòniques.
El fenomen de l'explosió sònica es sol relacionar amb els cons de vapor i la singularitat de Prandtl-Glauert. Aquesta surgeix de l'equació homònima que calcula el coeficient de pressió d'un fluid en funció del coeficient d'un fluid incompressible i el nombre Mach. Malgrat que la validesa d'aquesta funció aproximada no és vàlida per valors M entre 0.7 i 1.3, es sol relacionar el tèoric infinit per M=1 que s'obtindria, com la singularitat causant del boom sònic (obviant que aquest es produeix per qualsevol M=>1) i dels cons de vapor que un pot observar en certes condicions en avions que van a grans velocitats. Aquest espectacular núvol que es genera al voltant de l'avió en realitat es deu a la condensació de les molècules d'aigua que hi ha en l'aire humid que travessa l'avió. El fenomen s'ha observat doncs també a velocitats subsòniques (malgrat que a grans velocitats és més probable que es produeixi) i depén del disseny de l'avió, la velocitat i la humitat de l'aire (a humitats elevades és també més probable). En definitiva es produeix quan les variacions de pressió en l'entorn que provoca el pas de l'avió, junt amb les condicions atmosfèriques presents, provoquen canvis locals de temperatura que aconsegueixen condensar les molècules d'aigua presents a l'aire i formen aquest núvol visible de gotetes.



Post dedicat al meu amic Alfonso Olivares, qui em va fer interessar sobre els cons de vapor d'avions supersònics

1 comentari:

Fonsay ha dit...

Gracias por el Post. Perdona no haberte contestado antes pero es que estoy "ajustando" el PC nuevo y ya llevo 3 formateos... y casi que habrá un cuarto.

Grüsse