Velocidad del sonido y romper la barrera del sonido [duplicado]

La onda de choque de un objeto supersónico es un cono compuesto de frentes de onda esféricos superpuestos. A medida que se forman los frentes de onda individuales, se propagan radialmente hacia afuera a una velocidad$c$(velocidad del sonido) y tienen un radio$ct$. Al mismo tiempo, el objeto que viaja a la velocidad$v$se mueve hacia adelante$vt$. El ángulo del vértice de la onda de choque se conoce como ángulo de Mach y viene dado por:

La energía del sonido, creada por la aerodinámica y los motores a lo largo de la línea de vuelo, se acumula en un cono dentro del cual la aeronave se acerca cada vez más al vértice a medida que se acerca a Mach I. Debido al acortamiento de las ondas de sonido inducido por Doppler, se desarrollan frecuencias ultraaltas de ultrasonido. y se acumulan por delante de la nariz y los bordes de ataque.

El ultrasonido de alta frecuencia impulsa las partículas (incluidas las partículas de hielo y las gotas de agua nebulizada) lejos de la fuente de sonido. . El ultrasonido intenso en el cono de sonido anterior "atomiza" las gotas de lluvia en una nube cónica similar de gotas finas que son propulsadas de manera similar hacia adelante. En Mach I, el sonido generado por la aeronave (aerodinámico y mecánico) avanza lateralmente a la misma velocidad que la aeronave avanza, lo que representa el ángulo de 45 grados que forma el eje de la trayectoria de vuelo con los márgenes laterales del cono de sonido. Los sonidos de la aeronave permanecen dentro del cono de sonido (que se denomina incorrectamente "onda de choque") y se concentran hacia su vértice. Si uno fuera a encoger el avión al tamaño de un punto, el vértice del cono en Mach I sería una punta afilada, lo que daría como resultado un cono perfecto.

El ultrasonido de alta energía barrerá los cristales de hielo y las gotas de agua hacia un área similar a un disco confinada dentro del cono, anterior a la nariz y los bordes de ataque de la aeronave. A medida que se supera Mach I, el avión pasa a través de este disco de nubes. Esto explica por qué los discos de nubes de barrera de sonido solo ocurren cuando hay contenido de agua en el aire. La forma cónica de la porción anterior del disco nuboso está relacionada con la forma del cono sonoro anterior que lo crea.

Debido a que el ultrasonido de alta energía ejerce un efecto de calentamiento, la temperatura del disco de la nube debe ser más alta que la del aire circundante.