Estrondo sônico
Um estrondo sônico é o som associado às ondas de choque criadas por um objeto viajando através do ar com uma velocidade maior que a do som. Estrondos sônicos geram uma enorme quantidade de energia sonora, soando muito similares a uma explosão.
Quando um objeto atravessa o ar ele cria uma série de ondas de pressão à sua frente e atrás, similar às ondas criadas pelo deslocamento de um barco. Essas ondas viajam na velocidade do som e, conforme a velocidade do objeto aumenta, as ondas são comprimidas, pois elas não podem sair do caminho umas das outras. Eventualmente elas juntam-se em uma única onda de choque, que viaja na velocidade do som, uma velocidade crítica conhecida como Mach 1, que é aproximadamente 1 225 km/h ao nível do mar e à temperatura de 15 ºC. Em um voo suave, as ondas de choque começam no nariz da aeronave e terminam na cauda. Como as diferentes direções radiais em torno da direção de deslocamento da aeronave são equivalentes, dada a condição de "voo suave", as ondas de choque formam um Cone de Mach, que pode ser observado pela singularidade de Prandtl-Glauert, com a aeronave em sua ponta. O meio-ângulo entre a direção do voo e a onda de choque α {\displaystyle \alpha } é dado por:
A pressão dos estrondos sônicos causados por aeronaves, normalmente é inferior a cem Pa. Um veículo voando em uma altitude maior gerará menores pressões no chão, pois a onda de choque reduz sua intensidade conforme se espalha, distanciando-se do veículo, porém estrondos sônicos são menos afetados pela velocidade do veículo.
No fim da década de 1950, quando projetos de transporte supersônico eram ativamente perseguidos, pensava-se que, apesar de o estrondo vir a ser muito grande, os problemas poderiam ser evitados ao voar mais alto. Essa suposição foi provada falsa quando o XB-70 Valkyrie começou a voar e foi descoberto que o estrondo era um problema mesmo a 21 000 m de altitude. Foi durante esses testes que a Onda-N foi caracterizada pela primeira vez. Richard Seebass e seu colega da Universidade Cornell, Albert George, estudaram o problema extensivamente e eventualmente definiram uma "figura de mérito" (FM) para caracterizar os níveis do estrondo sônico de diferentes aeronaves. FM é uma função do peso e do comprimento da aeronave. Quanto menor esse valor, menor é o estrondo sônico que a aeronave gera, com figuras de mérito em torno de 1 ou menos sendo consideradas aceitáveis. Utilizando esse cálculo, eles encontraram FMs de em torno de 1,4 para o Concorde e 1,9 para o Boeing 2707. Isso eventualmente condenou grande parte dos projetos de transporte supersônico conforme ressentimento público misturado à política eventualmente resultaram em leis que tornaram esse tipo de aeronave impraticável (permissão para voar apenas sobre água por exemplo). Outra forma de expressar isso é pela envergadura. A fuselagem, mesmo de uma grande aeronave supersônica, é muito lisa e com suficientes ângulo de ataque e envergadura o avião pode voar alto suficiente para que o estrondo da fuselagem não seja importante. Quanto maior a envergadura maior o impulso para baixo que pode ser aplicado no ar e maior é o estrondo sentido. Uma envergadura menor favorece designs de aviões menores como de jatos particulares.
O som de um estrondo sônico depende largamente da distância entre o observador e a aeronave produzindo o estrondo. Um estrondo sônico é normalmente ouvido como um profundo "boom" duplo pois normalmente se encontra a uma boa distância. Entretanto, como aqueles que presenciaram pousos de Ônibus espacial ouviram, quando a aeronave está perto o estrondo sônico é um nítido "bang" ou "crack". O som é similar ao de "bombas aéreas" usadas em shows de fogos de artifício. É um equívoco comum, pensar que apenas um estrondo sônico é gerado durante a transição de subsônico para supersônico, na verdade, o estrondo é contínuo ao longo do carpete de estrondo durante todo o voo supersônico. Como disse um antigo piloto de Concorde, "Você na verdade não ouve nada a bordo. Tudo que vemos é a onda de pressão movendo-se ao longo da aeronave - isso gera um indício nos instrumentos. E é isso que vemos em torno de Mach 1. Porém não ouvimos o estrondo sônico nem nada do tipo. É similar as ondas de um navio - está atrás de nós".
Alguns estudos afirmam mostrar que estrondos sônicos provenientes de testes da marinha norte-americana em Vieques, Porto Rico, aumentaram a incidência de doença vibroacústica, um espessamento do tecido cardíaco. Entretanto, outros cientistas contestam essas afirmações.
O estalo que um chicote faz quando manuseado corretamente é, na verdade, um pequeno estrondo sônico, a ponta do chicote, move-se mais rápido do que a velocidade do som, portanto criando um estrondo sônico. O chicote é provavelmente a primeira invenção humana a quebrar a barreira do som. Um chicote afina a partir do cabo até a ponta. A ponta possui muito menos massa que a seção do cabo. Quando o chicote é bruscamente balançado, a energia é transferida ao longo do chicote. De acordo com a fórmula (se o trabalho para o "chicotear" permanecer constante) para energia cinética E c = m v 2 / 2 {\displaystyle E_{c}={mv^{2}}/{2}} , a velocidade do chicote aumenta com a diminuição da massa, e é assim que o chicote atinge a velocidade do som e causa um estrondo sônico.
