¿Qué es la barrera del sonido?

Con esta expresión se alude a esa velocidad a la que se propaga el fenómeno físico que conocemos como sonido.

Y en principio, se refiere a ella como algo infranqueable para el hombre cuando se desplaza a lo bordo de un móvil cualquiera, por ejemplo una aeronave por la atmósfera.

No en vano, en condiciones ambientales, la velocidad del sonido es 340 m/s o 1224 km/h. Que no es poca cosa.

¿Qué es el sonido?

Recordemos que eso que llamamos sonido no es más que la sensación fisiológica, la percepción que se produce en nuestro cerebro cuando el oído capta, mediante el tímpano, las ondas sonoras.

Unas ondas mecánicas longitudinales que no son otra cosa sino las variaciones de presión que en el aire puede producir cualquier fuente o agente mecánico.

Como nuestra boca cuando hablamos e impulsamos el aire que la rodea, o el choque de dos cuerpos, o el paso de un avión por el aire.

Una fuente, nosotros mismos, que podemos estar quietos o en movimiento mientras hablamos.

Es decir que emitimos ondas sonoras, producimos sonido, tanto cuando estamos parados como andando.

En el primero de los casos, como es lógico, el sonido es el único que se desplaza. No hay nada especial en ello.

Como tampoco lo hay cuando nos movemos mientras hablamos. Dado que nuestra velocidad (5 km/h) es muy, muy, inferior a la del sonido que producimos (1224 km/h) todo nos parece también de lo más normal. Es casi como si estuviéramos parado.

Y a propósito de sonido y parado, le invito a que me ayude a resolver este problema relacionado con el sonido y un pozo. Reconozco que no soy capaz de salir de él. Del problema.

Yendo rápido

Pero si el movimiento de la fuente fuera más rápido, por ejemplo un avión, en ese caso las ondas de presión que origina su paso por la atmósfera, puede dar origen a curiosos sucedidos.

Y más curiosos son conforme más parecida sea la velocidad del avión a la del sonido que produce en esas condiciones ambientales.

Esto es así porque el propio avance de la fuente emisora de ondas sónicas, el avión, hace que éstas se agolpen delante él.

Y que alrededor del morro del mismo se vaya configurando de una forma especial conocida, como disco de Mach.

Es el resultado de que las ondas se estén comprimiendo delante de él, aumentando la densidad del aire en esa zona e incrementando, por tanto, el valor de la presión atmosférica.

Yendo más rapido o la barrera del sonido

Cuando esa velocidad iguala a la del sonido, 1 Mach, entonces la onda de presión que crea el avión es estacionaria con él. Es decir va justo delante. Pero a la misma velocidad ambos.

Una onda de presión que hace que la densidad del aire sea extremadamente alta, lo que dificulta y hace que al avión le pueda resultar difícil de superar.

O lo que es lo mismo. Que no pueda apartar el aire para atravesarlo y adelantarlo, dado lo comprimido que está. Por eso lo llaman la barrera del sonido.

De ahí que, en Aerodinámica, la barrera del sonido se convirtiera en un supuesto límite físico, que impediría que objetos de gran tamaño se desplazaran a velocidad supersónica.

Una idea que estaba fundamentada tanto en los conocimientos teóricos como en las pruebas experimentales.

Primeras teorías y experiencias

Era conocido desde hacía tiempo que, cuando un avión se acerca a la velocidad del sonido, la forma en que el aire fluye alrededor de su superficie cambia, y se convierte en un fluido compresible, dando lugar a una resistencia mayor. De ahí la utilidad del Número Mach.

Como inicialmente se pensaba que este aumento de la resistencia debería seguir un crecimiento exponencial, es por lo que se asumió que un avión no podría superarla por mucho que se aumentara la potencia de los motores. De ahí el nombre de barrera del sonido, si bien todavía no era tan conocida.

No fue hasta la Segunda Guerra Mundial, cuando dicha expresión empezó a utilizarse.

Se hizo al notificar los pilotos que un cierto número de aviones presentaban problemas de compresibilidad, al volar a grandes velocidades. A velocidades próximas a la del sonido.

No había duda. Teoría y experiencia parecían apuntar en el mismo sentido. La velocidad del sonido no podía se superada por el hombre.

Más teorías y experiencias

Sin embargo no todos pensaban lo mismo. Por ejemplo los artilleros, desde el siglo XIX, sabían que no era así. Que se podía igualar y superar dicha velocidad.

Algo en lo que coincidía Ernst Mach, que había demostrado que, a partir de cierto punto, la resistencia ya no sólo no crecía exponencialmente, sino que, de hecho, se reducía.

De manera que para atravesar la barrera del sonido sería suficiente con disponer de mayor propulsión y mejor aerodinámica para vencer ese punto máximo de resistencia.

La barrera del sonido dejaba de ser una limitación. (Continuará).