Por que ocorre um estrondo ao quebrar a barreira do som?

A velocidade do som pode ser definida como a rapidez com que uma onda sonora se propaga em um meio elástico — como o ar, por exemplo. Ela pode variar dependendo de algumas condições, como temperatura e pressão. Em condições ideais, a velocidade de propagação da onda sonora no ar é de 343 m/s. 

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Quando um objeto ultrapassa essa velocidade, dizemos que ele quebrou a barreira do som. Sempre que essa barreira é rompida, efeitos como ondas de choque seguidas de um intenso estrondo sonoro são gerados. Isso acontece porque o objeto acaba “atropelando” as ondas de som que são geradas por ele próprio. A seguir, entenda melhor esse fenômeno e porque ele acontece.

Aviões supersônicos e a barreira do som

Quando um avião supersônico voa a uma velocidade igual a velocidade do som, ele está voando em Mach 1. Se o número Mach é 0,80, por exemplo, isso significa que ele está voando em uma velocidade inferior à do som, ao tempo que Mach 1,20 indica que a velocidade do som foi ultrapassada. O número Mach é uma medida de velocidade utilizada na aviação para indicar quando um avião quebra a barreira do som. 

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Um avião que voa a uma velocidade inferior à do som emite ondas sonoras em todas as direções, que se propagam como frentes de onda esféricas. São elas as responsáveis pelo barulho contínuo que ouvimos quando uma aeronave passa sobre nós no céu, por exemplo.

Em aviões supersônicos, as ondas sonoras geradas pela aeronave não conseguem se propagar à sua frente, pois o avião se move mais rápido do que elas. Isso faz com que as frentes de onda se acumulem e se sobreponham. Além disso, o ar na frente da aeronave é comprimido abruptamente, o que causa um aumento na pressão e temperatura.

Essa transição brusca no fluxo de ar gera uma onda de choque, que se propaga até o solo como um “boom sônico” – o estrondo característico que ouvimos. As ondas de choque são geradas a todo o momento quando a avião ultrapassa a velocidade do som, no entanto, o observador no solo ouve o estrondo uma única vez, e apenas quando o avião passa por ele.

Isso acontece porque as ondas de choque geradas possuem a forma semelhante à de um cone, sendo o vértice a ponta do avião. Se um observador está a uma certa distância à frente da aeronave, ele não ouve nenhum barulho. No entanto, à medida que a aeronave se aproxima e passa pelo observador, a mudança de pressão cria o “estrondo sônico” que ouvimos.

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