QUAL A VELOCIDADE DO MACH ONE?

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Dentro do campo da física, existem certas barreiras que os seres humanos reconheceram. O mais conhecido é a velocidade da luz, a velocidade máxima com a qual toda a matéria convencional e todas as formas de informação no Universo podem viajar. Essa é uma barreira que a humanidade nunca conseguirá superar, principalmente porque isso viola uma das leis mais fundamentais da física - a Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

Mas e a velocidade do som? Essa é outra barreira na física, mas que a humanidade conseguiu quebrar (várias vezes, de fato). E quando se trata de quebrar essa barreira, os cientistas usam o que é conhecido como Número Mach para representar o limite do fluxo além da velocidade local do som. Em outras palavras, ultrapassar a barreira do som é definido como Mach 1. Então, com que rapidez você precisa fazer isso?

Definição:

Quando ouvimos o termo Mach 1, é fácil assumir que é a velocidade do som na atmosfera da Terra. No entanto, este termo é mais carregado do que você imagina. A verdade é que um número Mach é uma razão, e não uma medição direta real da velocidade. E essa proporção se deve ao fato de a velocidade do som variar de um local para outro, devido a diferenças de temperatura e densidade do ar.

Matematicamente, isso pode ser definido como M = você/c onde M é o número Mach, você é a velocidade do fluxo local em relação aos limites (ou seja, a velocidade do objeto que se move através do meio) e c é a velocidade do som nesse meio em particular (por exemplo, atmosfera local, água etc.).

Quando a velocidade do som é interrompida, isso resulta no que é conhecido como "boom sônico". Este é o som alto e quebrado que está associado às ondas de choque criadas por um objeto que viaja mais rápido que a velocidade local do som. Os exemplos incluem uma aeronave que rompe a barreira do som a explosões em miniatura causadas por balas que voam ou o estalo de um chicote.

Velocidade do som:

Basicamente, a velocidade do som é a distância percorrida em um determinado período de tempo por uma onda sonora, que se propaga através de um meio elástico. Como já foi observado, esse não é um valor universal, mas se resume à composição do meio e às condições desse meio. Quando falamos da velocidade do som, nos referimos à velocidade do som na atmosfera da Terra. Mas mesmo isso está sujeito a variações.

No entanto, os cientistas tendem a confiar na velocidade do som medida em ar seco (baixa umidade) e a uma temperatura de 20 ° C (68 ° F) como padrão. Nessas condições, a velocidade do som local é de 343 metros por segundo (1.235 km / h; 767 mph) - ou 1 quilômetro em 2,91 se 1,6 km em 4,69 s.

Classificações:

Como na maioria das proporções, existem aproximações e categorias usadas para medir a velocidade do objeto em relação à barreira do som. Isso nos dá as categorias de subsônico, transônico, supersônico, e hipersônico. Esse sistema de categorização é frequentemente usado para classificar aeronaves ou naves espaciais, o requisito mínimo é que a maioria das embarcações classificadas tenha a capacidade de se aproximar ou exceder a velocidade do som.

Para aeronaves ou qualquer objeto que voe a uma velocidade abaixo da barreira do som, a classificação de subsônico aplica-se. Essa categoria inclui a maioria dos jatos de passageiros e pequenas aeronaves comerciais, embora algumas exceções tenham sido observadas (ou seja, jatos comerciais supersônicos como o Concorde).

Como essas embarcações nunca atingem ou excedem a velocidade do som, elas terão um número Mach menor que um e, portanto, expresso em forma decimal - ou seja, menor que Mach 0,8 (273 m / s; 980 km / h; 609 mph). Normalmente, essas aeronaves são movidas a hélice e tendem a ter asas de alta proporção (esbeltas) e recursos arredondados.

A designação de transônico aplica-se a uma condição de voo em que existe uma gama de velocidades de fluxo de ar ao redor e após a aeronave. Essas velocidades estão simultaneamente abaixo, na e acima da velocidade do som, variando de Mach 0,8 a 1,2 (273-409 m / s; 980-1.470 km / h; 609-914 mph). As aeronaves transônicas quase sempre têm asas de asas, causando o atraso da divergência de arrasto, e são acionadas por motores a jato.

A próxima categoria é supersônico aeronaves. São embarcações que podem ir além da compressão do ar que é a "barreira do som". Essas embarcações geralmente têm um número Mach entre 1 e 5 (410–1.702 m / s; 1.470–6.126 km / h; 915-3.806 mph). Aeronaves projetadas para voar em velocidades supersônicas mostram grandes diferenças em seu design aerodinâmico devido às diferenças radicais no comportamento dos fluxos acima de Mach 1.

Isso inclui bordas afiadas, seções finas das asas e estabilizadores de cauda (também conhecidos como barbatanas) ou canards (forewings) capazes de se ajustar. As embarcações que normalmente têm essa designação incluem caças modernos, aviões espiões (como o SR-71 Blackbird) e o mencionado Concorde.

A última categoria é hipersônica, que se aplica a aeronaves que podem exceder a velocidade do Mach 5 e podem atingir velocidades tão altas quanto o Mach 10 (1.702–3.403 m / s; 6.126–12.251 km / h; 3.806–7.680 mph). Pouquíssimas aeronaves podem se mover a essas velocidades e tendem a ser movidas por foguetes (como o X-15), scramjets (como o X-43 ou HyperX) ou naves espaciais que estão no processo de deixar a atmosfera da Terra.

Outro exemplo são os objetos que entram na atmosfera da Terra. Eles podem assumir a forma de naves espaciais realizando a reentrada ou meteoritos que passaram e se fragmentaram na atmosfera da Terra. Por exemplo, o meteoro que entrou no céu acima da pequena cidade de Chelyabinsk, na Rússia, em fevereiro de 2013 estava viajando a uma velocidade de cerca de 19,16 ± 0,15 km / s (68.436 - 69.516 km / h; 42.524 - 43.195 mph) .

Em outras palavras, o meteorito estava viajando entre Mach 55 e 56 quando atingiu nossa atmosfera! Dada sua tremenda velocidade, quando o meteoro alcançou o céu acima de Chelyabinsk, criou um boom sônico tão poderoso que causou danos extensos a milhares de edifícios em seis cidades da região. Esse dano, que incluiu muitas janelas explodindo, resultou em 1.500 pessoas feridas.

Então, qual a velocidade do Mach One? A resposta curta é que depende de onde você está. Mas, em geral, é uma velocidade que excede cerca de 1200 km / h ou 750 mph. Se você for capaz de ir tão rápido, estará quebrando a barreira do som e as pessoas por quilômetros ao redor ouvirão sobre isso!

Escrevemos muitos artigos interessantes sobre som aqui na Space Magazine. Eis o que é o som ?, Qual é o jato mais rápido do mundo ?, O que é a resistência do ar? E Como é o som da NASA?

Para obter mais informações, consulte o artigo da NASA sobre o número Mach e aqui está um link para uma lição sobre o número Mach.

Gravamos um episódio do Astronomy Cast sobre o ônibus espacial. Ouça aqui, episódio 127: O ônibus espacial dos EUA.

Fontes: