A definição da velocidade do som se dá conforme a rapidez com que uma onda sonora se propaga no ar. E ela pode variar a depender de algumas circunstâncias – como a densidade do ar e a temperatura. E a relação com algum objeto pode causar a quebra da barreira do som.
Para que isso ocorra, é preciso que um objeto ultrapasse a velocidade de propagação da onda sonora no ar, que é de 343 m/s, e esse objeto pode ser um avião, uma bala de revólver ou mesmo um chicote, pois todos produzem um estalo. Assim que isto acontece, podemos dizer que o objeto quebrou a barreira do som.
Sempre que essa barreira do som é quebrada, efeitos como ondas de choque seguidas de estrondos no ar são ouvidos – ou seja, o objeto acaba por atropelar as ondas sonoras criadas por ele mesmo. Mas vamos entender melhor como isso acontece.
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Por que há estrondos no ar quando a barreira do som é quebrada?
Segundo artigo publicado pela Union University, quando um avião excede a velocidade do som é comum dizer que se trata de um avião supersônico. Por sua vez, as velocidades supersônicas são calculadas em termos de um número de Mach. O número de Mach, então, nada mais é do que a velocidade do objeto dividida pela velocidade do som.
Quando um avião supersônico está voando na mesma velocidade do som, ele está se deslocando em Mach 1. Agora, se o número Mach está em 0,80, por exemplo, ele está voando em velocidade inferior à do som.
Quando isso acontece, o avião emite ondas sonoras em todas as direções que se dissipam como frentes de ondas esféricas. Elas são as responsáveis pelo barulho contínuo, e mais linear, que ouvimos quando uma aeronave se desloca na altitude.
Já quando o Mach está acima de 1, por exemplo, significa que o avião está numa escala superior à velocidade do som. Neste caso, as ondas sonoras geradas pela aeronave não conseguem se dissipar à sua frente, uma vez que o avião se move mais rápido do que elas, quebrando a barreira do som.
Além disso, o ar que está à frente da aeronave é comprimido bruscamente. Essa transição repentina no fluxo de ar gera uma onda de choque que se espalha até o solo como um estrondo no ar.
As ondas de choque são geradas a todo momento quando o avião ultrapassa a velocidade do som. Porém, uma pessoa que está no solo ouve esse estrondo apenas uma vez quando o avião passa próximo a ela.
Outro aspecto importante é que essas ondas de choque possuem um formato semelhante a de um cone, sendo o vértice a ponta do avião. Então, se uma pessoa estiver à frente da aeronave a uma certa distância, ela não vai conseguir ouvir nenhum barulho. Mas, à medida que o avião se aproxima, a mudança de pressão quebra a barreira do som e cria o estrondo sônico.
A mudança de pressão criada pelo estrondo sônico pode ser prejudicial, as ondas de choque podem até quebrar vidros de janelas em edifícios, por exemplo. Para se ter uma ideia, os estrondos sônicos geram enormes quantidades de energia sonora – cerca de 110 decibéis – o que é considerado alto, sendo próximo ao som de uma explosão ou trovão.
Essa é inclusive uma preocupação da NASA. Engenheiros do projeto Tecnologia Supersônica Comercial (CST) estão pesquisando sobre como produzir um estrondo sônico mais silencioso. A ideia é moldar a aeronave supersônica para que o rastro do avião seja menos pronunciado, ou mais abafado.
Fora da aviação, esse processo é considerado tão poderoso que é utilizado na medicina para a quebra de cálculos biliares. A técnica litotripsia extracorpórea utiliza ondas de choque que estão fora da nossa faixa auditiva normal, essas ondas são focadas em um refletor que é posicionado próximo aos cálculos fazendo com que eles se quebrem em pequenos pedaços para serem eliminados posteriormente.
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