Ondas de Choque
Hoy vamos a estudiar las ondas de choque.
Primero necesitamos saber cuándo se producen este tipo de ondas.
Las ondas de choque se producen cuando un cuerpo que emite sonido se desplaza a una velocidad mayor que la velocidad del sonido.
¿Qué significa esto de que se desplaza a una velocidad mayor que la velocidad del sonido?
Pues básicamente a esto le llamaremos velocidad supersónica.
Cuando se desplaza a menor velocidad, diremos que se está desplazando a velocidad subsónica.
Sabiendo que que se produzcan ondas de choque o no va a depender de la velocidad a la que viaja un emisor de sonido, vamos a ver tres situaciones diferentes.
La primera de ellas cuando la velocidad es menor que la velocidad del sonido, esto ya lo conocemos.
Es lo que conocemos como efecto Doppler.
La fuente se está moviendo.
Las ondas en la zona previa a la fuente se van a comprimir y las ondas detrás de la fuente van a expandirse, por lo que las frecuencias van a cambiar según si el receptor se encuentre delante de la fuente o detrás de la fuente.
¿Qué ocurre cuando justo está viajando el emisor a la velocidad
del sonido?
Lo que ocurre es que delante de la fuente todas las ondas van a converger en un punto, es decir, delante de la fuente no se va a producir sonido.
Y el caso que nos interesa a nosotros es ¿qué ocurre cuando la fuente se desplaza a una velocidad mayor que la velocidad del sonido?
Pues directamente la fuente adelanta al sonido.
Las ondas van a quedar por detrás de lafFuente.
Vamos a centrarnos en este tercer caso, ya que lo que vamos a estudiar son las ondas de choque.
Entonces aquí tenemos nuestra fuente viajando a velocidad supersónica y emitiendo sonido.
¿Qué ocurre con estas ondas?
Pues van a formar lo que conocemos como el cono de Mach.
Básicamente, este cono lo que indica es que fuera del cono no va a escucharse el sonido, sólo se va a escuchar cuando se esté dentro del cono de Mach.
¿Qué podemos hacer con este cono?
Pues podemos, por ejemplo, calcular el semiángulo del cono.
Este es el semiángulo del cono, esto correspondería a la velocidad del emisor por el tiempo.
Y fijaos que aquí tenemos la velocidad del sonido por el tiempo, porque es la velocidad de propagación de la onda.
Vamos a eliminar las ondas para que quede un poco más claro y esto es lo que tenemos.
Entonces, ¿cómo podemos calcular este ángulo?
Pues muy fácil.
Tenemos un triángulo rectángulo, entonces el seno del ángulo será la velocidad del sonido por el tiempo partido de la velocidad del emisor por el tiempo, que esto nos da que el seno del ángulo será la velocidad del sonido partido de la velocidad del emisor o la velocidad de la fuente.
Vamos a definir ahora un número adimensional, que se conoce como número de Mach, que es la velocidad de la fuente partido de la velocidad del sonido, es decir, es la relación entre la velocidad con la que se está moviendo el emisor y la velocidad del sonido.
Cuando este número sea mayor que uno, será cuando se produzcan estas ondas de choque, porque tenemos una velocidad supersónica.
A partir de este número podemos definir el ángulo del cono de Mach como el arcoseno de la inversa del número de Mach, la ecuación que tenemos aquí.
Os he dicho que fuera del cono de Mach no se escucha sonido.
Por ello ocurre lo que se conoce como estallido sónico.
En cuanto el receptor entra dentro del cono de Mach, es cuando se empieza a escuchar y se escucha de esta forma tan brusca porque lo que ocurre es que el aire no tiene tiempo de apartarse antes de que llegue el objeto emitiendo el sonido y entonces se producen cambios muy bruscos, sobre todo en temperatura y en presión.
