dentro del ámbito de la física, hay ciertas barreras que los seres humanos han llegado a reconocer. La más conocida es la velocidad de la luz, la velocidad máxima a la que toda la materia convencional y todas las formas de información en el Universo pueden viajar. Esta es una barrera que la humanidad nunca podrá superar, principalmente porque al hacerlo viola una de las leyes más fundamentales de la física: la teoría de la Relatividad General de Einstein.
Pero ¿qué pasa con la velocidad del sonido?, Esta es otra barrera en la física, pero una que la humanidad ha sido capaz de romper (varias veces de hecho). Y cuando se trata de romper esta barrera, los científicos utilizan lo que se conoce como un número Mach para representar el límite de flujo más allá de la velocidad local del sonido. En otras palabras, empujar más allá de la barrera del sonido se define como Mach 1. ¿Qué tan rápido tienes que hacer eso?
definición:
Cuando escuchamos el término Mach 1 es fácil asumir que es la velocidad del sonido a través de la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, este término está más cargado de lo que podría pensar., La verdad es que un número de Mach es una relación más que una medición directa real de la velocidad. Y esta relación se debe al hecho de que la velocidad del sonido varía de un lugar a otro, debido a las diferencias en la temperatura y la densidad del aire.
matemáticamente, esto se puede definir como M = u / c, donde M es el número de Mach, u es la velocidad de flujo local con respecto a los límites (i. e., la velocidad del objeto que se mueve a través del medio), y c es la velocidad del sonido en ese medio en particular (es decir, la atmósfera local, el agua, etc.).
Cuando la velocidad del sonido se rompe, esto resulta en lo que se conoce como un «boom sónico». Este es el sonido fuerte y crujiente que se asocia con las ondas de choque que son creadas por un objeto que viaja más rápido que la velocidad local del sonido. Los ejemplos incluyen un avión que rompe la barrera del sonido a los estampidos en miniatura causados por las balas que vuelan, o la grieta de un látigo.,
velocidad del sonido:
básicamente, la velocidad del sonido es la distancia recorrida en una cierta cantidad de tiempo por una onda de sonido a medida que se propaga a través de un medio elástico. Como ya se ha señalado, esto no es un valor universal, sino que se reduce a la composición del medio y las condiciones de ese medio. Cuando hablamos de la velocidad del sonido, nos referimos a la velocidad del sonido en la atmósfera de la Tierra. Pero incluso eso está sujeto a variaciones.
sin embargo, los científicos tienden a confiar en la velocidad del sonido medida en el aire seco (I. e., baja humedad) y a una temperatura de 20 °C (68 °F) como estándar. Bajo estas condiciones, la velocidad local del sonido es de 343 metros por segundo (1,235 km/h; 767 mph) – o 1 kilómetro en 2.91 s y 1 milla en 4.69 S.
clasificaciones:
al igual que con la mayoría de las relaciones, hay aproximaciones y categorías que se utilizan para medir la velocidad del objeto en relación con la barrera del sonido. Esto nos da las categorías de subsónico, transónico, supersónico, e hipersónico., Este sistema de categorización se utiliza a menudo para clasificar aeronaves o naves espaciales, el requisito mínimo es que la mayoría de las naves clasificadas tengan la capacidad de acercarse o exceder la velocidad del sonido.
para aviones o cualquier objeto que vuele a una velocidad por debajo de la barrera del sonido, se aplica la clasificación de subsónico., Esta categoría incluye la mayoría de los aviones de pasajeros y aviones comerciales pequeños, aunque se han observado algunas excepciones (es decir, aviones comerciales supersónicos como el Concorde).
dado que estas naves nunca alcanzan o exceden la velocidad del sonido, tendrán un número Mach que es menor que uno y, por lo tanto, expresado en forma decimal, es decir, menos de Mach 0.8 (273 m/s; 980 km/h; 609 mph). Por lo general, estos aviones son impulsados por hélices y tienden a tener alas de alta relación de aspecto (delgadas) y características redondeadas.,
la designación de transonic se aplica a una condición de vuelo donde existe un rango de velocidades de flujo de aire alrededor y más allá de la aeronave. Estas velocidades están simultáneamente por debajo, en y por encima de la velocidad del sonido, que van desde Mach 0.8 a 1.2 (273-409 m/s; 980-1,470 km/h; 609-914 mph). Los aviones transónicos casi siempre tienen alas en flecha, causando el retraso de la divergencia de arrastre, y son impulsados por motores a reacción.
la siguiente categoría es Supersonic aircraft. Estas son naves que pueden moverse más allá de la compresión del aire que es la «barrera del sonido».,»Estas naves generalmente tienen un número Mach de entre 1 y 5 (410-1.702 m/s; 1.470–6.126 km/h; 915-3. 806 mph). Los aviones diseñados para volar a velocidades supersónicas muestran grandes diferencias en su diseño aerodinámico debido a las diferencias radicales en el comportamiento de los flujos por encima de Mach 1.
estos incluyen bordes afilados, secciones delgadas del ala y estabilizadores de cola (aka. aletas) o canards (alas delanteras) que son capaces de ajustar. Las naves que típicamente tienen esta designación incluyen aviones de combate modernos, aviones espía (como el SR-71 Blackbird) y el Concorde antes mencionado.,
la última categoría es hipersónica, que se aplica a aeronaves que pueden exceder la velocidad de Mach 5 y pueden alcanzar velocidades tan altas como Mach 10 (1,702–3,403 m/s; 6,126–12,251 km/h; 3,806–7,680 mph). Muy pocos aviones pueden moverse a tales velocidades, y tienden a ser propulsados por cohetes (como el X-15), scramjets (como el x-43, o HyperX), o naves espaciales que están en proceso de abandonar la atmósfera de la Tierra.
otro ejemplo son los objetos que entran en la atmósfera de la Tierra. Estos pueden tomar la forma de naves espaciales que realizan reentrada, o meteoritos que han pasado a través y se han roto en la atmósfera de la Tierra., Por ejemplo, el meteoro que entró en los cielos por encima de la pequeña ciudad de Chelyabinsk, Rusia, en febrero de 2013 viajaba a una velocidad de aproximadamente 19.16 ± 0.15 km/s (68,436 – 69,516 km/h; 42,524 – 43,195 mph).
En otras palabras, el meteorito estaba viajando entre Mach 55 y 56 cuando golpeó nuestra atmósfera! Dada su tremenda velocidad, cuando el meteoro alcanzó los cielos sobre Chelyabinsk, creó un boom sónico tan poderoso que causó daños extensos a miles de edificios en seis ciudades de la región., Este daño, que incluyó una gran cantidad de ventanas que explotaron, resultó en 1.500 personas heridas.
entonces, ¿qué tan rápido es Mach One? La respuesta corta es que depende de dónde estés. Pero en general, es una velocidad que supera los 1200 km / h o 750 mph. Si eres capaz de ir tan rápido, estarás rompiendo la barrera del sonido, ¡y la gente por millas alrededor estará escuchando sobre ello!
hemos escrito muchos artículos interesantes sobre el sonido aquí universo hoy. Esto es lo que es el sonido?, ¿Cuál es el avión más rápido del mundo?, ¿Qué es la resistencia del aire?¿y cómo suena la NASA?,
para obtener más información, consulte el artículo de la NASA sobre el número Mach, y aquí hay un enlace a una lección sobre el número Mach.
hemos grabado un episodio de Astronomy Cast todo sobre el transbordador espacial. Escuche aquí, Episodio 127: El transbordador espacial estadounidense.
