Divulgación Barrera del sonido

[Peregring_Lok0ooo0]

No sé si la pregunta que voy a hacer, está bien colocada en este subforo, pero la he colocado aquí porque supongo que la explicación tendrá relación tanto con las propiedades del agua y del aire como medio:

1.-¿Cuál es la diferencia de atravesar la barrera del sonido en el aire y en el agua?
2.-¿Por qué se produce la explosión sónica?
3.-¿Se produce también explosión sónica en el agua?

Como viene siendo construmbre en mí xD, no sé mucho de física, os pediría ser lo más divulgativos posibles (dentro de lo que se pueda) en la explicación.

Saludos y gracias.
Peregring_Lok0ooo0.

[[Beto]]

Re: Barrera del sonido

Hola

1.-¿Cuál es la diferencia de atravesar la barrera del sonido en el aire y en el agua?

Que el medio en un caso es agua y en el otro aire .

Atravesar la barrera del sonido quiere decir moverse a una velocidad mas grande de la que este se propaga en un determinado medio. Por lo general en un medio mas denso como el agua el sonido se propagará más rápido que en el aire, es decir la diferencia sería que para sobrepasar la barrera del sonido en en el agua se necesitará ir mucho más rápido.

2.-¿Por qué se produce la explosión sónica?

Esta se produce al sobrepasar la barrera del sonido, y el fenómeno tiene que ver con el efecto Doppler, la explosión sónica se le denomina a la frecuencia percibida por el observador de un objeto que sobrepasa la velocidad del sonido.

Algo más de información en Wikipedia.

3.-¿Se produce también explosión sónica en el agua?

Si tambein se produce, como se mencionó antes tiene que ver con la frecuencia percibida por un observador al sobrepasar la barrera del sonido.

[Peregring_Lok0ooo0]

Re: Barrera del sonido

La explosión sónica se le denomina a la frecuencia percibida por el observador de un objeto que sobrepasa la velocidad del sonido.

Ante todo muchas gracias.

En wikipedia ya leí bastantes cosas acerca de ese fenómeno, pero pregunté aquí porque no me quedó muy claro (no soy el típico que pregunta sin buscar xD).

En la definición de explosión sónica, te explica todo lo que tiene que ver la barrera del sonido y su superación, pero no con el hecho de la explosión en sí.

Es decir, ¿de dónde salen las ondas sonoras pertenecientes a la explosión que escuchas?.

Saludos.
Peregring_Lok0ooo0.

[[Beto]]

Re: Barrera del sonido

Es decir, ¿de dónde salen las ondas sonoras pertenecientes a la explosión que escuchas?.

Las ondas están ahí, esas son las ondas de la fuente que esta en movimiento y sobrepasa la velocidad del sonido, una vez que se sobrepasa la velocidad del sonido las ondas que emite la fuente se empiezan a solapar unas sobre otras, y justo en el momento que se sobrepasa la velocidad del sonido es en que se produce la explosión sónica, llamada así por el ruido similar a una explosión.

[Peregring_Lok0ooo0]

Re: Barrera del sonido

Las ondas están ahí, esas son las ondas de la fuente que esta en movimiento y sobrepasa la velocidad del sonido, una vez que se sobrepasa la velocidad del sonido las ondas que emite la fuente se empiezan a solapar unas sobre otras, y justo en el momento que se sobrepasa la velocidad del sonido es en que se produce la explosión sónica, llamada así por el ruido similar a una explosión.

Yo he leído que no es así. La explosión se produce en el preciso instante de alcance de la velocidad del sonido, y la nube se produce en el momento en que se sobrepasa, porque se produce una singularidad, se sobrepasa no se qué límite de no se quién xD, baja la presión, y el aire circundante se enfría y se producen pequeñas gotitas de agua que forman la nube que rodea al objeto que ha adelantado al sonido.

Con cuál de los dos me quedo? xD.

[[Beto]]

Re: Barrera del sonido

Con cuál de los dos me quedo? xD.

¿Cuál nube? ... es lo que te estoy diciendo ese estruendo se produce justo en el momento que se sobrepasa la velocidad del sonido, el estruendo será escuchado por el observador mas no por alguien que vaya ubicado en la fuente que emite sonido. En ningún momento he dicho que esa explosión sonica este en todo momento, de ser así no se llamaría explosión.

La singularidad que mencionas es la que esta relacionada con la frecuencia percibida (Efecto Doppler), ella queda indeterminada en ese momento y eso físicamente se manifiesta con la explosión sónica de la que estamos hablando. Se podría decir que la frecuencia percibida es tan grande que se manifiesta como el sonido de una explosión.

Y las gotitas que mencionas se deben a la energía involucrada para que ocurra tal efecto.

[pod]

Re: Barrera del sonido

El origen de la explosión de sonido es sencillo de entender. Cuando el avión se mueve exactamente a la misma velocidad que el sonido, todos los sonidos emitidos por él hacia adelante se quedan justo en su morro. De alguna forma, el avión persigue sus propios frentes de onda, y como tienen exactamente la misma velocidad, los frentes de onda se quedan justo en el morro, y se van acumulando a medida que el avión sigue enviando más sonidos. Ese es el motivo de que se escuche un sonido tan potente: son muchos sonidos muy comprimidos entre si.

La singularidad de Prandtl-Glauert tiene que ver con el efecto Doppler. No se si lo conoces, pero es sencillo de estudiar. Imaginamos que el sonido se mueve a una velocidad c, y el avión con velocidad v (aproximandose al receptor del sonido). Si el sonido tiene frecuencia $\nu$, el tiempo que transcurre entre que la fuente emite dos frentes de onda es $T = 1/\nu$. Si en el instante $t=0$, en un periodo dicho frente recorre una distancia $c T$; mientras que el avión habrá recorrido una distancia $v T$; y desde esa posición emite el siguiente frente de ondas. Por lo tanto, la distancia entre ambos frentes de onda será $(c-v)T = \lambda'$. La distancia entre frentes de ondas es lo que se llama "longitud de onda" (en este caso, la longitud de onda medida por el receptor), y se relaciona con la frecuencia mediante $\nu' = c/\lambda'$, por lo que la frecuencia que recibirá el receptor es

$$\nu' = \frac{c}{(c-v) T} = \dfrac{\nu}{1-\frac{v}{c}}\ .$$

Aquí se ve claramente que si $v=c$, esto da infinito. Esto es lo que se llama una singularidad. En este caso, la de Prandtl-Glauert.

[Peregring_Lok0ooo0]

Re: Barrera del sonido

El origen de la explosión de sonido es sencillo de entender. Cuando el avión se mueve exactamente a la misma velocidad que el sonido, todos los sonidos emitidos por él hacia adelante se quedan justo en su morro. De alguna forma, el avión persigue sus propios frentes de onda, y como tienen exactamente la misma velocidad, los frentes de onda se quedan justo en el morro, y se van acumulando a medida que el avión sigue enviando más sonidos. Ese es el motivo de que se escuche un sonido tan potente: son muchos sonidos muy comprimidos entre si.

Perefectamente explicado, pero tengo una duda algo tonta, y me surgió al explicarle esto a mi compañero de piso jaja.

Aunque los sonidos se acumulen en el morro del avión, siguen llegando a tu oido a la misma velocidad a los que estos se producen, y la cantidad de sonidos producidos por el avión, intuyo, que será constante, independientemente de la velocidad a la que el avión vaya. No sé si sé explico mi duda, pero no entiendo por qué el oyente de repente escucha un montón de sonidos acumulados de repente.

Por cierto, sí conozco el efecto Doopler (al menos a grosso modo), por si eso te facilita algo las explicaciones.

Saludos y gracias.

[pod]

Re: Barrera del sonido

Cuando el avión va a velocidad subsónica, el receptor sólo escucha el sonido normal; pero cuando llega a la barrera, todo el ruido emitido durante bastante tiempo se acumula justo delante del avión, y después es disipado en todas direcciones; ese es el estallido que se oye.

Por cierto, acabo de ver que mencionabas el agua en el primer mensaje. En el agua es muy muy fácil ver todo esto, no con el sonido sino con las ondas superficiales (las olas). Los barcos se mueven más rápido que las olas, y por lo tanto provocan ondas de choque: es la estela triangular que se ve tras ellos. Se puede hacer el experimento en una piscina con tu propia mano: empuja el agua hacia adelante, primero lentamente, y luego cada vez más rápido. Verás como el agua se va amontonando delante de la mano, y notarás que cada vez te cuesta más hacer fuerza hacia adelante. Cuando consigues pasar cierto limite, verás que el agua sale disparada hacia los lados (lo equivalente a bum ultrasónico), y detrás se forma la típica estela triangular.