¿Cuándo una nave espacial aerofrenada crea un estampido sónico?

Hay muchas variables con la velocidad del sonido, se crea un estampido sónico cuando todas esas variables se encuentran.

la velocidad del sonido, una velocidad crítica conocida como Mach 1, y es de aproximadamente 1225 km/h (761 mph) al nivel del mar y 20 °C (68 °F).

estampido supersónico

Durante el reingreso, el transbordador espacial se mueve a varias veces la velocidad del sonido.

La relación máxima de planeo/relación de elevación a arrastre del orbitador varía considerablemente con la velocidad, desde 1:1 a velocidades hipersónicas, 2:1 a velocidades supersónicas y alcanzando 4,5:1 a velocidades subsónicas durante la aproximación y el aterrizaje.

Reingreso y aterrizaje

No hay sonido en el espacio, por lo que presumiblemente tiene que haber un punto en el que la velocidad y la densidad del aire se combinen para crear un estampido sónico. ¿Cuándo una nave espacial aerofrenada crea un estampido sónico?

Aquí hay una posible referencia (Apolo 16, pero sin muchas medidas terrestres): ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740023384.pdf
No estoy seguro de que "no hay sonido en el espacio" sea lo suficientemente preciso para esta pregunta. Hay resistencia atmosférica en la ISS. Esperaría que las ondas de sonido también se propaguen a esas altitudes. Sin embargo, supongo que la presión extremadamente baja significa que la energía del sonido en esas ondas es muy baja. Entonces, esperaría que el transbordador espacial genere un estampido sónico mientras está en órbita. Sin embargo, no tengo las matemáticas para respaldar esto.
Busqué una tabla de velocidad mach por altitud, pero no pude encontrar ningún dato por encima de 122 km, donde mach 1 es 1108 km/h.
Cuando dices boom sónico, ¿te refieres a ondas de choque? "En el espacio no hay nadie que te oiga boom".
@OrganicMarble, ¿puede tener una onda de choque si no hay suficientes moléculas de aire para un sonido? (Supongo que en LEO y todas las moléculas más pesadas que el aire no permanecen lo suficiente como para proporcionar un medio para una onda de choque).

Respuestas (5)

¿Cuántos granos de arena se necesitan para formar un montón?

Una nave espacial en órbita vuela muchas veces más rápido que la velocidad del sonido. Está comenzando en una atmósfera demasiado delgada para sostener una onda expansiva audible. A medida que desciende, producirá un cono de choque continuamente, pero en la muy delgada atmósfera en lo alto, la amplitud de la onda de choque es demasiado débil para escuchar.

En algún punto del descenso, el aire sería lo suficientemente denso como para que apenas lo escucharas si estuviera cerca: el más mínimo estampido sónico.

En algún punto más bajo, sería audible incluso a distancia.

Lo suficientemente baja, la onda de choque se produce en el aire lo suficientemente denso como para que sea lo suficientemente fuerte como para hacer temblar las ventanas.

Debido a que la velocidad del sonido es menor a gran altura, y no cambia mucho en el camino, el estampido sónico sería continuo hasta que la nave se volviera subsónica a una altitud relativamente baja.

Siguiendo el rastro de las preguntas, el argumento del camino libre medio es interesante, pero creo que incluso si el aire no puede soportar una oscilación acústica, cualquier oído o micrófono que golpee la onda de choque puede hacerlo, por lo que sigue siendo, más o menos, " sonido".
Hay algo inherentemente hilarante en la frase "el estampido sónico más pequeño". Sin embargo, +1 para el argumento de la continuidad.
@Russell, si el aire no puede soportar una oscilación acústica, no hay forma de transportar la energía acústica al oído o al micrófono.
No sé mucho sobre el comportamiento del gas a baja presión, pero ¿acaso las moléculas de gas no serían expulsadas de la nave espacial, moviéndose libremente, transportando cantidades (extremadamente pequeñas) de energía sin oscilación?

De acuerdo con esta página, un vuelo supersónico SR-71 a 80 000 pies (24,3 km) genera un estampido sónico audible, por lo que nos da un límite inferior.
Esta página explica por qué escucha dos explosiones separadas (video) cuando el transbordador se prepara para aterrizar.
Y este artículo establece que el estampido sónico es audible durante los últimos 10 minutos de un vuelo de transbordador. Combinar eso con el perfil de aterrizaje del transbordador debería darnos una buena respuesta, pero aún no la he encontrado.

Encontré una respuesta aquí: http://www.mach25media.com/history1.html

Por lo tanto, Mach 25 es la velocidad a la que vuela una nave espacial en el momento en que vuelve a entrar en la atmósfera de la Tierra (interfaz de entrada). Esta interfaz ocurre aproximadamente a 75 millas (400 000 pies) cuando un vehículo como el transbordador espacial tiene una velocidad de aproximadamente 17 200 millas por hora . A esa altitud, la velocidad del sonido es generalmente de alrededor de 688 millas por hora.

Eso es 121 920 m de altura y 27 680 km/h , un poco por debajo de Mach 25 .

Auge.

No creo que esto sea correcto. La mayoría de las calculadoras que encontré solo van a 86000 m, donde la temperatura es de alrededor de -40C, esta calculadora muestra una velocidad del sonido de alrededor de 243,010 M/S (543 MPH), parece que más alto y más frío = velocidad del sonido más lenta.
@JamesJenkins También me sorprendió, pero este sitio web parece corroborar: aerospaceweb.org/question/atmosphere/q0112.shtml Sin embargo, esto podría ser consistente con el cambio de temperatura: en.wikipedia.org/wiki/… TL;DnR: la temperatura no disminuye linealmente con la altitud.

Puede haber un estampido sónico, pero es posible que no puedas escucharlo.

Cuando una nave espacial ingresa a la atmósfera, en algún momento el gas circundante es lo suficientemente denso para comportarse como un gas, no como simples moléculas y átomos individuales.
A medida que la nave espacial que vuelve a entrar crea un estampido sónico, las ondas de choque se expanden y se encuentran con todas las diversas capas y condiciones de la atmósfera.

Las ondas de choque serán refractadas, reflejadas y absorbidas por la atmósfera en diversos grados dependiendo de las condiciones. Supongo que hay una buena posibilidad de que un estampido sónico a gran altitud se refleje en la atmósfera más densa de abajo.

Según tengo entendido, una nave espacial que vuelve a entrar no haría un estampido sónico en el sentido tradicional. Está desacelerando. Un avión de combate, por ejemplo, solo hace un estampido sónico cuando acelera más allá de Mach 1. Una nave espacial que desacelera crearía mucho ruido y turbulencia, pero no un estampido.

Eso es lo que iba a decir. Un estampido sónico ocurre específicamente porque la velocidad del barco es igual a la velocidad de las ondas sonoras. Viajar más rápido que la velocidad del sonido no crea un estampido sónico sostenido, aunque presumiblemente podría reducir la velocidad a la velocidad del sonido y por debajo de ella.
Los aviones, etc. hacen un estampido sónico siempre que estén por encima de la velocidad del sonido. El transbordador, por ejemplo, definitivamente hace un estampido sónico cuando aterriza: youtube.com/watch?v=f6r8wU2tDrc
No, no crea un rugido por la resistencia del aire, pero el boom está separado, cuando un avión de combate rompe la barrera del sonido, se escucha un solo boom (el boom sónico), no un rugido continuo.
Lo siento pero te equivocas. en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom Cuando un avión se mueve más rápido que la velocidad del sonido, el aire que es desplazado por el avión no puede apartarse lo suficientemente rápido, por lo que obtiene un frente uniforme de aire moviéndose a la velocidad más alta puede alcanzar, es decir, la velocidad del sonido. Esto es lo que causa el boom. Esta es la razón por la que, por ejemplo, se prohibió que el Concorde sobrevolara tierra a velocidades supersónicas: un vuelo de Nueva York a Los Ángeles habría tratado a todos en toda la ruta de vuelo con un estampido sónico, no solo a las personas al alcance del oído mientras aceleraba más allá de Mach 1.
Eso es incorrecto. Se experimenta un estampido sónico cuando un cono de choque pasa sobre un observador. Aceleración, desaceleración, estado estable, no importa.
@OrganicMarble, ¿significaría eso que un observador que viaja con el cono de choque experimentaría un estampido sónico constante? Genial, no pensé en que un estampido sónico solo es un "boom" instantáneo porque el observador solo interactúa con el cono de onda de choque una vez. La física realmente es relativa eh.
¿Cuándo una nave espacial aerofrenada crea un estampido sónico?
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