Divulgación Onda de Choque

[john500]

Hola todos

He estado viendo muchas cosas sobre la bomba atómica.
Una de ellas es la producción de la Onda De Choque. De hecho es de lo que más destruye.

Se qué se produce cuando algo se mueve más rápido que el sonido pero...

Que tiene que ser lo que se mueve más rápido? El aire o que?
No entiendo bien que es, siempre leo que una onda de presión pero que es lo que esta haciendo presion y porque pasa si superas el sonido?

gracias y saludos

[Physicist]

Re: Onda de Choque

Muy buenas:

El sonido es una onda que se propaga por un medio elástico, generalmente un fluido, por lo que dependiendo de las propiedades del medio se trasmitirá a una velocidad mayor o menor.
Las ondas de choque se producen cuando un cuerpo se mueve por un fluido a una velocidad mayor a la del sonido (en ese fluido). Al moverse a esa velocidad, lo está haciendo a una velocidad mayor que la que tiene el propio medio para adaptarse al paso del cuerpo y el fluido deja de comportarse como tal y cambian sus propiedades aumentando mucho la densidad y asemejándose más a un sólido.

Al incrementar la velocidad de movimiento del objeto la resistencia del medio se acentúa, pero no de manera perpétua, sino hasta una velocidad concreta a partir de la cual DISMINUYE. Esta velocidad es la del sonido y al límite se le llama barrera del sonido.
Al superar esta barrera (aumentando la velocidad) la "rompes" y al romperla produce una explosión sónica, con todo lo que implica una explosión(un gran estruendo y una onda expansiva). Es más, esta explosión es tan grande que está prohibido volar a velocidades supersónicas cerca de las ciudades, pues se romperían los cristales.

Para finalizar todo una definición de onda de presión: es una vibración de las moléculas del aire, que se va trasmitiendo de unas a otras alejándose de la fuente (avión, nave...) y que disminuye su intensidad a lo largo del tiempo.

Y esto es más o menos lo que pasa a grandes velocidades, espero haberme explicado bien porque eran muchos conceptos que me resultaban complicados de resumir sin introducir otros que no se si ya tienes :P

Un saludo

[ZYpp]

Re: Onda de Choque

Al incrementar la velocidad de movimiento del objeto la resistencia del medio se acentúa, pero no de manera perpétua, sino hasta una velocidad concreta a partir de la cual DISMINUYE. Esta velocidad es la del sonido y al límite se le llama barrera del sonido.

¿Por encima de la velocidad del sonido la resistencia disminuye? ¿Cómo? Eso, o lo he entendido mal, o no es verdad.

Volviendo al tema:
Lo que se tiene que mover más rápido que el sonido es cualquier objeto que produzca un cambio en las propiedades del aire. Por ejemplo un avión o el propio aire a alta presión y temperatura que deja la explosión.
La idea es que la información viaja por el aire a la velocidad del sonido. Cualquier información propia del fluido: cambios de presión, temperatura, densidad... De esta forma, el aire se acomoda a su nueva configuración (nueva presión, nueva temperatura, etc) de forma suave a lo largo de todo el espacio. Esto se puede ver en el siguiente vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=6UlsArvbTeo

Como ves, las "líneas de humo" se deforman antes de llegar al ala del avión.

¿Qué ocurre cuando el objeto que causa una perturbación en el aire se mueve a una velocidad superior a la del sonido? Que el aire no se entera de que un objeto se está moviendo y se ve obligado a cambiar su configuración (presión, temperatura, etc) de forma brusca y casi "instantánea". Este cambio abrupto de las propiedades del medio es lo que se conoce como onda de choque.

Saludos.

[Physicist]

Re: Onda de Choque

Si la resistencia baja, la barrera de sonido es como un máximo en la resistencia del fluido. O eso deduje yo en clase de fluidos. La resistencia sube exponencialmente hasta un punto y después ya no va a más, sino que baja.
Vamos o eso tenia yo entendido hasta ahora

[ZYpp]

Re: Onda de Choque

Si la resistencia baja, la barrera de sonido es como un máximo en la resistencia del fluido. O eso deduje yo en clase de fluidos. La resistencia sube exponencialmente hasta un punto y después ya no va a más, sino que baja.
Vamos o eso tenia yo entendido hasta ahora

Si eso fuese así, una vez alcanzada superada la velocidad del sonido, un avión podría seguir acelerando indefinidamente con el mismo empuje que producen sus motores, pues ya fueron capaces de vencer la máxima resistencia posible: la de la barrera del sonido. No habría ninguna imposibilidad física que evitara llegar a un Mach "infinito", obviando el límite relativista claro está.

Lo único que me viene a la mente que se parece algo a lo que tú dices es la singularidad de Prandtl-Glauert. La transformación de Prandtl-Glauert predice un incremento de resistencia a medida que te acercas a Mach 1, mientras que luego desciende. Sin embargo, este incremento crece asintóticamente al infinito: es, por lo tanto, una singularidad.
El problema de esta transformación es que sólo se puede aplicar en ciertas condiciones restrictivas, en especial flujo potencial, que no se dan entorno a Mach 1, donde dominan fuertemente los efectos no lineales.

Lo que sí ocurre es que, a medida que te acercas a Mach 1 (y evidentemente tras superarlo también) la resistencia aerodinámica empieza a ser dominada por otros factores que no son los que dominan la resistencia aerodinámica de vuelos a Mach mucho inferior a 1. En general, la resistencia aerodinámica a bajos números de Mach está dominada por la proyeccion de la sustentación sobre la horizontal y por desprendimientos de capa límite. A números de Mach cercanos a 1 o superiores, es dominada por la presencia de ondas de choque. Quizás tus profesores no tenían en cuenta las ondas de choque. No lo sé.

Espero haber aclarado algunas dudas. Un saludo.

[Clarck Luis]

Re: Onda de Choque

Hola Zypp, yo tenia entendido que la onda de choque es producto de un traslape de ondas que produce un objeto al moverse a una velocidad mayor que la del sonido, esto es correcto? y si es así entonces como se relaciona con lo que mencionas?

[ZYpp]

Re: Onda de Choque

Hola Zypp, yo tenia entendido que la onda de choque es producto de un traslape de ondas que produce un objeto al moverse a una velocidad mayor que la del sonido, esto es correcto? y si es así entonces como se relaciona con lo que mencionas?

Primero: Puedes pensarlo como un traslape de ondas, pero sería una especie de traslape muy especial: Ninguna onda viaja aguas arriba del objeto que las genera, si no aguas abajo. La forma de verlo como un solape de ondas, si cabe, es viendo el típico dibujo de un cono de Mach:



Nótese que ninguna de esas ondas, jamás, pasa por delante del objeto que las genera.


Segundo: ¿A qué te refieres con lo que menciono? Especifica copiando mi propio texto, por favor.

Saludos.

Edito: Si nunca has visto un cono de Mach avisa y te lo explicaré gustoso.

[john500]

Re: Onda de Choque

Que no la onda de choque se produce cuando algo supera la velocidad del sonido y para que no se superé la presión y temperatura se ajustan ? Algo así tengo entendido

[Clarck Luis]

Re: Onda de Choque

Hola Zypp, justo a eso me refería, he leído que cuando la fuente viaja a una velocidad mayor que las ondas que produce se produce ese arrastre que aparece en tu dibujo, y que ahí es donde se produce ese traslape de las ondas formando un cono en el espacio tridimensional y cuando la superficie cónica de aire comprimido llega a las personas (tomando el caso de un avión supersonico) estas escuchan el estampido sonico.

Esto es lo que entiendo de las ondas de choque, y cuando me refería a lo que mencionas hablo de cuando escribiste esto: "¿Qué ocurre cuando el objeto que causa una perturbación en el aire se mueve a una velocidad superior a la del sonido? Que el aire no se entera de que un objeto se está moviendo y se ve obligado a cambiar su configuración (presión, temperatura, etc) de forma brusca y casi "instantánea". Este cambio abrupto de las propiedades del medio es lo que se conoce como onda de choque".
Aun no logro relacionar el concepto que tengo junto con el tuyo xD, quisiera saber si estoy en lo correcto o hay algo que he entendido mal. Y mi concepto sobre el cono de mash es casi nulo xD, seria genial si también me lo explicas.