Barreira do som

O som viaja através de ondas, usando um meio de propagação, no nosso caso o ar. Essas ondas são chamadas "ondas de pressão" e desenvolvem-se da mesma maneira quando jogamos uma pedra sobre um lago. Uma onda circular se forma no ponto em que a pedra atinge o lago e se afasta, expandindo-se a uma velocidade constante. Se atirarmos várias pedras no mesmo ponto em intervalos regulares, formaremos ondas concêntricas. É o que ocorre com um emissor sonoro, como o avião. A velocidade de propagação dessas ondas é o que chamamos de velocidade do som, que ao nível do mar em condições de atmosfera padrão é de 1 226 km/h, e diminui com a queda da temperatura do ar. Ficou convencionado que, quando um avião se desloca com uma velocidade igual à do som, ele está voando a Mach 1. Esta unidade é uma homenagem ao físico austríaco Ernst Mach que, pela primeira vez, mediu a velocidade de propagação do som no ar.

Imagem: Alexandre Inagaki · BY · Openverse

Quando o ar em fluxo supersônico é comprimido, sua pressão e densidade aumentam, formando uma onda de choque. Em voo supersônico (com velocidades acima de Mach 1), o avião produz inúmeras ondas de choque, sendo mais intensas as que se formam nas partes dianteira (bordo de ataque) e posterior (bordo de fuga) das asas e na parte terminal da fuselagem. As ondas de choque geradas por um avião em voo supersônico não são ouvidas quando o objeto se aproxima do observador, pois o objeto viaja a uma velocidade superior que o som produz. Sendo assim, apenas após a passagem do avião que o observador poderá ouvir suas ondas emitidas. Este período é conhecido como “Zona de silêncio e de ação”. Quando o objeto, ultrapassa o espectador a perturbação dessas ondas e pressão alastram em direção ao solo, causando um estampido, conhecido como “Estrondo Sônico”. Como as asas da aeronave geram regiões de baixa pressão, devido sua sustentação, em altas velocidades esses distúrbios de baixa pressão são amplificados, como nas condições de voo sônico. Sendo assim, a pressão que é reduzida condensa a água no ar, gerando uma nuvem de vapor e à medida que ocorre a aceleração a nuvem de vapor passa a aparecer na parte traseira da aeronave. Desse modo, quando a onda de choque é perturbada, o vapor desaparece e a barreira de som é “quebrada” gerando o estrondo nas regiões.

Imagem: Festival Calango · BY-SA · Openverse

O Concorde operava em velocidades supersônicas (Mach 2.02) sobre o mar, acelerando após deixar o continente e alcançar altitudes elevadas, minimizando os efeitos danosos. Quando um avião se aproxima da velocidade do som o ar passa a fluir de uma maneira diferente ao redor de suas superfícies e se torna um fluido compressível. Além de uma série de mudanças na forma, por exemplo, como a força de sustentação é gerada, esta mudança também produz um incremento elevado no arrasto, conhecido como onda de arrasto. Inicialmente a onda de arrasto não era devidamente compreendida. Acreditava-se que ela crescesse exponencialmente, o que, efetivamente, ocorre dentro de uma pequena faixa de velocidades. Com a força limitada que motores à explosão são capazes de gerar, os aviões não podiam superar este rápido aumento no arrasto: grandes incrementos de potência produziam pequenos incrementos de velocidade. Aparentemente seria necessária uma quantidade infinita de força para alcançar-se velocidades supersônicas e daí surgiu a noção da barreira do som.

Imagem: Instituto Voz · BY-SA · Openverse

v = ( E ρ ) {\displaystyle v={\sqrt {\left({\frac {E}{\rho }}\right)}}} Desta maneira concluímos que há uma variedade na velocidade de propagação do som, isso variando do meio e a altura onde ela se onde está se propagando.