Quando você é informado de que há uma barreira bloqueando seu caminho, naturalmente pressupõe-se que haja algum tipo de obstrução física, tornando-a impossível ou mais difícil de passar. Se você é fã de aeronáutica ou tem necessidade de velocidade, então provavelmente se depara com a frase “barreira do som”. Basicamente, a barreira do som é a velocidade do som, portanto, qualquer objeto ou pessoa indo mais rápido que a velocidade do som efetivamente “cruzou” a barreira sônica.Essas parecem distinções bastante abstratas, então vamos aos detalhes concretos. Qual é a barreira do som e como se quebra? Mais especificamente, requer alguma força ou esforço adicional para cruzar?
Qual é a barreira de som?
A barreira do som é o nome comum para a quantidade crescente de arrasto que qualquer objeto ou aeronave experimenta à medida que se aproxima da velocidade do som. A velocidade do som, mais especificamente, é a taxa máxima em que as vibrações podem se mover pelo ar como som. Quando um objeto se move pelo ar, ele gera ondas sonoras, que se propagam em todas as direções, inclusive na frente do avião. Quanto mais rápido um objeto está se movendo, mais próximo está da velocidade do som, então é essencialmente “recuperar” o ruído que está gerando! A “barreira” do som refere-se ao nível mais alto de arrasto e fricção presente em velocidades tão grandes, que podem ser excedidas, mas é preciso muito esforço!
É mais fácil imaginar esse fenômeno no sentido de algo mais tangível, como as ondas que se formam em um lago quando um objeto se move através dele. Se você soltar uma pedra, ela criará ondas movendo-se para fora em círculos concêntricos. No entanto, se estiver navegando em um barco, você perceberá que o barco criará ondas que se propagam na frente de sua direção de movimento, ou seja, em frente ao barco. Da mesma forma, quando uma aeronave ou qualquer outro objeto voa pelo ar, as ondas sonoras na frente do avião se movem para fora do caminho, formando “ondas” na frente do objeto.
Agora, quando a velocidade aumenta nessas situações, acontece algo muito diferente. Quando uma lancha corre sobre um lago plácido, a água na frente do barco não pode sair do caminho no tempo, então as ondas não são capazes de se propagar; em vez disso, eles se combinam e a energia se manifesta como um grande rastro deixado atrás do barco depois de passar. Traduzir esta situação para o ar; quando um avião excede a velocidade do som (geralmente cerca de 700 mph, dependendo da altitude, temperatura, pressão do ar, etc.), essa parede de aperto das ondas sonoras (chamada de “parede de vento”) é deixada atrás do objeto em movimento, como um despertar. Assim como o despertar atrás de um barco costuma ser mais poderoso do que as pequenas ondas individuais que o compõem, o rastro das ondas sonoras deixadas por trás de um avião surge na forma de um “estrondo sônico”.
É difícil atravessar a barreira do som?
Como mencionado acima, o termo “barreira” é um pouco inadequado ao discutir a velocidade do som, mas atravessar essa barreira pode ser bastante difícil. No passado, de fato, acreditava-se que a velocidade do som era o último ponto final do vôo humano. Em modelos anteriores de aviões, as mudanças extremas de pressão em altas velocidades e a notável força do ar em movimento resultariam em acidentes, perda de controle de vôo ou até mesmo destruição física da aeronave. Basicamente, se você voasse rápido o suficiente, seu avião começaria a se desfazer.
No entanto, com o advento de materiais de construção mais resistentes e um conhecimento mais preciso da engenharia aeronáutica e dinâmica de fluidos, tornou-se possível criar uma aeronave mais durável que poderia exceder a velocidade do som e, assim, o fascínio da humanidade com booms sonoros. Curiosamente, os humanos estavam ouvindo pequenos estrondos sônicos por séculos; o estalo de um chicote vem da ponta, na verdade, se movendo mais rápido que a velocidade do som, resultando em uma pequena “explosão” sonora que ouvimos como um terrível “estalo”!
Em resposta específica à pergunta, sim, é difícil atravessar a barreira do som, mas com um motor forte o suficiente para alimentar o vôo e materiais resistentes o suficiente, é perfeitamente normal quebrar a barreira do som. Os humanos têm regularmente quebrado a barreira do som em várias aeronaves desde o final dos anos 1940. Mesmo assim, ouvir um som sônico ecoar pela sua cidade quando um jato da Força Aérea passa pode ser um choque!
O que acontece quando você excede a velocidade do som?
Quando um piloto ultrapassa a velocidade do som, significa literalmente que o avião está se movendo muito rápido para ouvir o barulho que está fazendo! Apesar da explosão sonora gerada pelo avião – que pode soar como uma explosão trágica! – a transição da velocidade subsônica para supersônica pode, na verdade, ser bastante suave para uma aeronave.
No entanto, quando você atravessa essa barreira, a pressão do ar e a dinâmica dos fluidos funcionam de maneira ligeiramente diferente; o centro de pressão mudará para trás, o que poderia resultar em perda de controle se não permanecer em equilíbrio com o centro de massa. Pilotos que voam a velocidades supersônicas entendem que mesmo os menores erros podem resultar em desastre. Felizmente, dada a aeronave multimilionária cruzando os céus hoje em dia, o potencial de erro humano foi removido o máximo possível. A natureza imprevisível das viagens supersônicas diminuiu o apelo dos vôos supersônicos do mercado de massa. Algumas empresas tentaram vender voos comerciais a essa velocidade, ou seja, o jato Concorde, mas ele continua sendo praticamente proibitivo e excessivamente arriscado.
Em termos do risco de viajar supersônico no corpo humano; dentro de uma aeronave, os efeitos de diferentes velocidades de Mach serão experimentados, mas a maioria dos humanos pode suportar / sobreviver em qualquer lugar de 4-6G, que é 4-6 vezes a velocidade do som. Sem a proteção de uma aeronave, como no caso de alguém como Felix Baumgartner, que saltou com sucesso de um recorde de 128.000 pés acima da Terra, os perigos são mais reais. Se o corpo não cair firmemente e, em vez disso, começar a girar em torno de um eixo central a essa velocidade, isso poderá fazer com que o sangue se acumule na cabeça e nos pés, resultando em perda de consciência. Se a pressão do sangue nessas duas extremidades não for remediada, a pressão intensa pode realmente esmagar o cérebro. Felizmente, não há muitas oportunidades para um humano quebrar a barreira do som sem uma aeronave;
Uma palavra final
Quebrar a barreira do som pode soar como um enorme e assustador desafio, mas é um limite bastante comum nos círculos aerodinâmicos e nas indústrias militar / de aviação. A ciência por trás da obtenção de tal velocidade, e o subseqüente boom sônico, é bastante interessante e continua a nos levar a formas de vôo cada vez mais rápidas. A próxima grande descoberta quando se trata de velocidade, no entanto, é atingir a velocidade da luz! Claro, isso exigiria o colapso completo das leis físicas conhecidas do universo, mas certamente daria uma ótima história!