IMPORTANT: Si us voleu donar d'alta, escriviu-nos a wiki@matadejonc.cat

La Velocitat del So

De Matawiki
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Contingut

Què és el so?

Per tal de facilitar que entengueu el que es la barrera del so us explicarem el que es el so. El so és una successió de canvis de pressió en un medi (sòlid, líquid o gas), provocats per una vibració que es transmet en forma d'ones sonores.

A diferència d'altres tipus d'energia (calorífica, lluminosa...), que poden viatjar a través del buit, el so necessita un medi material per a transmetre's. Aquesta transmissió és longitudinal en un fluid (líquid o gas) i transversal en un sòlid. La velocitat del so (velocitat a què es desplaça el so) depèn de la densitat del medi a través del qual viatja. En l'aire, aquesta velocitat és d'uns 340 metres per segon, tot i que varia amb la temperatura i la humitat. Les principals característiques de les ones sonores són, com en qualsevol altre tipus d'ona, la freqüència i l'amplitud.

LA BARRERA DEL SO

En aerodinàmica, la barrera del so era el suposat límit físic que impediria que objectes de grans dimencions desplaçar-se a velocitats supersòniques, és a dir, major que la velocitat del so, per tant, major que 1.225 km/h (a l'aire) al nivell del mar. Aquesta velocitat varia depenent del medi a través del qual viatgen les ones sonores. El terme de barrera del so, es va començar a utilitzar durant la Segona Guerra Mundial, quan un cert nombre d'avions van començar a tenir problemes de compressibilitat en volar a grans velocitats, i va caure en desús als anys 1950,
Fitxer:Mach.jpg
classificació de Mach
quan els avions van començar a trencar aquesta barrera de forma rutinària.

Per poder superar la barrera del so varen ser necessaris avions supersònics que traspassessin la velocitat del so (com per exemple el Bell X-1). La unitat coneguda per trapassar aquesta velocitat és el Mach. A partir d'1 Mach, podem dir que hem superat la barrera del so.

El primer en atravessar la barrera del so oficialment va ser Charles Elwood Yeager el 14 d'octubre de 1947 volant amb l'avió experimental Bell X-1

Número Mach

El Mach és la relació entre la velocitat de propagació d'un fluid i la velocitat local del so. S'aplica en aeronàutica per indicar el quocient entre la velocitat d'una aeronau, relativa a l'aire, i la velocitat del so a l'aire. Per saber el nombre de Mach només cal aplicar la fòrmula següent:

 M = Vo / Vs, o també Número Mach = Velocitat de l’objecte / Velocitat del so.


Normalment s'utilitza per expressar la velocitat dels avions. Mach 1 vol dir que va a la velocitat del so, Mach 2 vol dir que l'avió va dues vegades la velocitat del so, i així successivament. Aquest nombre el va proposar el físic i filòsof Ernst Mach, com una manera senzilla d'expressar la velocitat d'un objecte respecte a la velocitat del so. Les velocitats de vol es classifiquen segons el nombre de Mach. Queden classificats de la següent manera (veure taula del marge)

EXPLOCIÓ SÒNICA

Es denomina explosió sònica al component audible de l'ona de xoc provocada per un avió quan sobrepassa Mach 1 .

Causes del fenomen

L'explosió sònica succeeix perquè, al ser la velocitat de l’avió pròxima a Mach 1, els fronts d'ona que genera es comencen a solapar l'un contra l'altre. Si la velocitat de l’avió supera la velocitat del so es produirà una conificació de les ones darrere d'ell. En el cas de l'avió caça, el pilot no pot escoltar aquesta explosió ni el soroll del motor viatjant per l'aire, ja que aquest és deixat enrere per l'avió. La següent imatge il•lustra les 3 situacions.


Els espetecs sònics emeten enormes quantitats d'energia, el que produeix un soroll molt semblant al d'una explosió.

Primeres teories i experiències

Inicialment es pensava que l'augment de la resistència seguia un creixement exponencial, per la qual cosa una avió no podria superar-la encara que augmentés substancialment la potència dels motors. D'aquí surt el nom de barrera del so.

De tota manera, aquesta idea ja havia sigut descartada pels artillers del segle XIX. Des d'Ernst Mach es sabia que, a partir d'un cert punt, la resistència ja no augmenta més i, de fet, es redueix. De manera que per travessar la barrera del so hi hauria prou amb disposar de major propulsió i millor aerodinàmica per vèncer aquest punt màxim de resistència. Amb la introducció de noves formes d'ala que disminueixen la resistència, i els motors de reacció per a la propulsió, va ser possible des dels anys 1950 viatjar més ràpid que el so amb relativa facilitat. Al començament del 1946, dos XS-1 varen dur a terme una serie de proves a l'aeròdrom militar de Muroc (California), per obtenir les dades necessàries per dur a terme vols a velocitats supersòniques. Aquestes proves varen acabar quan varen aconseguir amb un vol tripulat superar el Mach 1, la velocitat del so. Ho va aconseguir el 50è vol, a una velocitat màxima de Mach 1,06. Aquest avió va ser el primer que es va construir amb intencions d'investigació, sense produir-ne un sèrie. El seu disseny va ser realitzat a partir de les propostes de la NACA, va ser pagat per les Forces Aèries i construït per Bell Aircraft Inc. La construcció d'aquesta aeronau va proporcionar dades per al disseny de futures aeronaus d'alt rendiment.

Charles Elwood Yeager va ser el primer home en travessar oficialment la barrera del so, el 14 d'octubre de 1947, volant amb l'avió experimental Bell X-1 a velocitat Mach 1 i a una altitud de 45.000 peus.

Bell X-1

El Bell X-1, originalment conegut com XS-1, va ser el primer avió capaç de superar la velocitat del so amb un vol horitzontal, per tant, de travessar la barrera del so. El 14 d'octubre de 1947, un avió pilotat per Charles Elwood Yeager de la USAF, va assolir la velocitat d'un Mach i una altitud de 45000 peus. Va travessar la barrera del so. L'aeronau va ser llançada per la panxa d'un B-29 modificat i va planar fins que va poder dur a terme l'aterrament a una pista.


  • Com era?

L'aeronau era impulsada per un motor de coet Reaction Motors XLR-11-RM3 de 26,7 kN de càrrega. Tenia una longitud de 9,4 m, una envergadura de 8,5 m i una altura de 3,3 m. La superfície de la volada era de 12 m². L'aeronau buida pesava 3175 kg, carregada 5545 kg i el pes màxim al envolar-se era de 5557 kg. L'avió podia assolir com a velocitat màxima 1541 km/h, podia arribar a 5 min d'impuls sostingut per el motor i tenia un sostre de servei de 21900 m.

Què passa quan es frega el límit?

Quan un avió s'apropa a la velocitat del so, la forma en què l'aire flueix al voltant de la seva superfície canvia i es converteix en un fluid compressible, provocant així una resistència major. És el que s'anomena Singularitat de Prandtl-Glauert. És el punt en que es duu a terme una baixada sobtada de la pressió de l'aire i que causa un núvol de condensació visible. És un exemple de singularitat matemàtica en aerodinàmica. Si hi ha molta humitat a l'aire, quan un objecte assoleix la velocitat del so es produeix una variació extrema de la pressió, que pot produir la condensació del vapor d'aigua que hi ha a l'aire.

Quan Charles Elwood Yeager fou el primer en superar-la, es produïren els següents efectes:

(En Mach)

0,3 - Es presentà la inaficàcia del timó.

0,6 - Sorgeí una forta pressió que produïa encara més vibració de la que hi havia.

0,8 - L'agulla del timó tremolava apunt d'espatllar-se.

1 - Es traspassà la barrera del so.

Eines de l'usuari
Espais de noms
Variants
Accions
Navegació
Escola
Imprimeix/exporta
Eines