Basado en ondas de choque de Wikipedia

Las ondas de choque no son ondas sonoras convencionales; una onda de choque toma la forma de un cambio muy brusco en las propiedades del gas. Las ondas de choque en el aire se escuchan como un ruido fuerte de "crack" o "chasquido". En distancias más largas, una onda de choque puede cambiar de una onda no lineal a una onda lineal, degenerando en una onda de sonido convencional a medida que calienta el aire y pierde energía. La onda de sonido se escucha como el familiar "golpe" o "golpe" de un estampido sónico, comúnmente creado por el vuelo supersónico de un avión.

Espero que obtenga una respuesta más informada que esta, pero para mí, una onda lineal podría producir el efecto que muestra en su foto, y posiblemente las variaciones de densidad podrían producir el efecto refractivo.

Esta respuesta se basa en mi conjetura sobre las ondas lineales, si eso es incorrecto, me disculpo.

respuestas

¿El cambio de densidad es continuo o discreto?

Escribí algunas respuestas detalladas en: https://physics.stackexchange.com/a/139436/59023 y https://physics.stackexchange.com/a/136596/59023 .

El gradiente de densidad se considera discontinuo porque el cambio ocurre en escalas espaciales comparables y/o más pequeñas que la trayectoria libre media de las partículas. Por supuesto, no es una verdadera discontinuidad, sino ~unos pocos micrómetros en condiciones estándar (p. ej., STP ).

¿La onda de choque de los aviones dobla suficiente luz para ser vista a simple vista?

Sí, como puede ver en la imagen de abajo de un F-18 de los Blue Angels , romper la velocidad del sonido da como resultado un gradiente de densidad pronunciado.

Puede ver sobre el timón de cola los lugares donde el índice de refracción ha cambiado debido al fuerte gradiente de densidad causado por una onda de densidad impulsada por el cambio en el área de la sección transversal del avión (aquí causando un choque débil). El cono de condensación solo se produce cuando el pistón pasa de subsónico a supersónico, es decir, durante el inicio del choque debido al rápido cambio de presión.

Nota al margen divertida:

Estoy bastante seguro de que la foto fue tomada en el área de la bahía de San Francisco, lo cual es interesante ya que es ilegal romper la barrera del sonido en áreas pobladas (creo que "sobre tierra" es la frase legal utilizada, pero que alguien me corrija si es incorrecta) ). El estampido sónico resultante habría sido bastante fuerte, especialmente para cualquier persona en los barcos en el fondo.

No recuerdo dónde encontré esta imagen, ya que fue hace varios años (ver la segunda actualización a continuación).

Segunda nota al margen divertida:

Busqué los niveles de intensidad de sonido de los motores a reacción mientras buscaba esta imagen (y otras) porque recuerdo de las pocas exhibiciones aéreas a las que asistí, los aviones militares son mucho más ruidosos que los aviones comerciales.

Se pueden encontrar muchos recursos sobre el tema, pero uno de mis favoritos es una presentación antigua sobre protección auditiva a la FAA (ver el PDF en https://www.faa.gov/about/office_org/headcuartos_oficinas/avs/oficinas/ aam/cami/library/online_libraries/aerospace_medicine/sd/media/McKinley.pdf ). A solo 30 pies, el F-22 genera más de 150 dBA . Como referencia, el dolor comienza entre ~120-130 dBA y el tímpano se rompe entre ~140-160 dBA. Estos aviones son tan ruidosos que las tripulaciones de la cabina de vuelo del portaaviones usan tapones para los oídos y auriculares y aún corren el riesgo de perder la audición.

Aparentemente , el nuevo F-35 es más de cuatro veces más ruidoso (es decir, ~21 dBA más ruidoso) que el F-16 , que es más ruidoso que el F-18 .

Actualizar:

Un colega mío me informó que la foto de arriba fue tomada cerca de San Diego, no de San Francisco.

Actualización 2:

Corregiré mi primera actualización porque la foto de arriba fue tomada por Bernard Zee en la bahía de San Francisco.