Lo habrás visto más de una vez: un avión rompiendo la barrera del sonido y dejando detrás una especie de cono neblinoso. Hace poco veíamos como un F18 "Hornet" alcanzaba velocidades transónicas sobre la cubierta de un portaaviones. Es un fenómeno conocido, pero ¿por qué ocurre?
En ese vídeo se aprecia claramente el cono detrás del F18 y cómo desaparece rápidamente una vez el avión se aleja a toda velocidad. La explicación viene determinada, en parte, por la singularidad de Prandtl-Glauert y para ello es necesario hacer antes un breve ejercicio de historia.
Una historia que se remonta, ni más ni menos, a los mismos principios de la aviación, cuando los hermanos Wright consiguieron realizar un vuelo de apenas unos segundos en los comienzos del siglo XX. Desde ahí, la obsesión del ser humano con respecto a la aviación fue una sola: ir cada vez más rápido.
La cuestión es que a pesar de los múltiples avances pronto llegaron a una velocidad de la que aparentemente no podían pasar y puesto que estaba muy cerca de los 340 metros por segundo, pronto recibió un nombre apropiado: la barrera del sonido. Por si fuera poco, algunas teorías acerca de las velocidades subsónicas de la época mantenían que el aire era incompresible, así que a más velocidad, más resistencia, hasta llegar a una hipotética resistencia infinita para lo cual haría falta un motor de potencia infinita (que, por desgracia, no existe).
Eso es, precisamente, la singularidad de Prandtl-Glauert. La cuestión sin embargo es que el aire efectivamente y como sabemos sí se comprime y de hecho una vez superada la barrera del sonido esa resistencia no sólo deja de crecer, sino que decrece, tal y como se expresa:
A lo que íbamos: cuando un avión se mueve a una velocidad subsónica, las ondas se mueven tanto por delante (porque el sonido va más rápido que él), como por por detrás. Conforme se acerca a la velocidad del sonido, las ondas, dicho mal y pronto "tienen menos tiempo para viajar por delante de él" y se forma un cono. Un cono de presión. Las ondas de sonido se comprimen por delante de él y se expanden por detrás. Conforme aumente la velocidad el cono se hará más afilado, que es lo que se conoce como el cono de Mach.
Cuando se "rompe" la barrera de choque hay un cambio de presión muy brusco y se libera toda la energía acumulada en la punta del cono, que es lo que provoca la explosión (el sonido es a fin de cuentas una diferencia de presión). Esa caída brusca de la presión y por tanto de la densidad y de la temperatura, hace que la humedad presente en el aire se condense y se forme ese cono, que guarda por tanto la misma forma que el cono de Mach, y forme a su vez el vapor de agua condensada. Cuando desaparece esa variación brusca de presión todo vuelve a la normalidad y el cono de aire condensado se desvanece. En el vídeo puede verse como ocurre varias veces.
¿Es necesario romper la barrera del sonido para ver la aparición del cono? Sí y no. Normalmente coinciden, pero si la humedad del aire es particularmente alta puede aparecer también en vuelos subsónicos. ¡Science!
Imágenes: SVSimagery, Carlos Wunderlin/ Shutterstock - Wikimedia Commons
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