A la velocidad del sonido

La barrera del sonido:

   

Barrera del sonido: término que se refiere a los efectos de compresibilidad experimentados por los aviones supersónicos cuando su velocidad con respecto al aire se aproxima a la velocidad local del sonido (1.223 km/h a nivel del mar en condiciones normales). Se define como una "barrera omnipresente" que viaja en todas direcciones a la velocidad constante de 1224 km/h, la velocidad del sonido, y al ser vencida por un objeto, estalla formando una explosión sónica que puede ser muy molesta al oído humano.


Cuando un avión se acerca a la velocidad del sonido, la forma en que el aire fluye alrededor de su superficie cambia y se convierte en un fluido compresible, dando lugar a una resistencia mayor.

CHOQUE DE COMPRESIBILIDAD: Estos efectos de compresibilidad se producen cuando un cuerpo —por ejemplo, una aeronave— alcanza una velocidad suficiente para romper el flujo normal de las moléculas de aire que se apartan para dejar paso al objeto que se aproxima. A esas velocidades, las moléculas de aire situadas en la trayectoria del objeto y en las inmediaciones no reciben la ‘advertencia’ de la llegada del objeto con suficiente antelación para poder apartarse de forma ordenada, y son sometidas a un desplazamiento violento. Esta ruptura en la fluidez del flujo de aire se produce porque el medio normal de ‘advertencia’ son las ondas de presión, que viajan a la velocidad local del sonido, y en este caso son adelantadas por el objeto en movimiento. Este efecto, conocido como choque de compresibilidad, provoca cambios importantes en la distribución de presiones, densidades y temperaturas del aire alrededor del cuerpo en movimiento. La velocidad local del sonido varía significativamente, y disminuye —aunque de forma errática— al aumentar la altitud sobre la superficie terrestre. Por ejemplo, mientras que la velocidad local del sonido es de unos 1.220 km/h al nivel del mar, cae hasta aproximadamente 1.060 km/h a 11.000 m de altitud, tras lo que permanece constante hasta los 18.000 metros.

Aquí se aprecia un choque de compresibilidad al momento de la explosión en cámara lenta. 

Singularidad de Prandtl-Glauert: Cuando vemos un jet rompiendo la barrera del sonido se alcanza a ver un cono de vapor, este se forma a consecuencia de la onda de choque (del objeto con las moléculas vibrando, lo cual hace que se caliente rápidamente hasta el punto de fusión).

F-22 Raptor rompiendo la barrera del sonido. 

El vapor que se aprecia es la Singularidad de Prandtl-Glauter.

Esto no quiere decir que solo los jets o autos rompen la barrera, también las balas, al momento de salir del cañón, casi instantáneamente la rompen, pero es tan rápido que no la alcanzamos a ver, pero si la escuchamos, la explosión que se escucha al disparar no es la bala, sino la barrera del sonido.

                                                   

En las imágenes de arriba se observa el gas y la rotura de la barrera del sonido.

En conclusión: es un error de concepto pensar que la pólvora "explota", si esto ocurriera no empujaría la bala, si no que rompería la vaina, la recamara etc. Entonces el ruido que escuchamos, y que nos hace pensar en la explosión, es en realidad el ruido provocado por la rotura de la barrera del sonido, por los gases residuales que salen de la boca del arma, y por la punta, cuando la abandona. Por eso a mayor el diámetro de proyectil, por ende su masa, y la cantidad de propelente, que genera mayor volumen de gases, mas fuerte es el estampido.
Otro mito que precisamos revisar es que el proyectil precisa una cierta distancia para tomar velocidad, en realidad la máxima velocidad se alcanza en la boca misma del arma, al abandonar las estrías y volar libremente, ya que en ese instante, la bala pierde el empuje provocado por los gases, y comienza a desacelerarse por la fricción con el aire.
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El silenciador

Un supresor de sonido, moderador de sonido o silenciador, es un dispositivo conectado o parte del cañón de un arma de fuego que reduce la cantidad de ruido y Flash generado por disparar el arma. Un supresor suele ser un metal maquinado (acero, aluminio o titanio ) que contienen cámaras de expansión que se conecta a la boca de una pistola , ametralladora o fusil . Estos "pueden ser" de tipo supresores (los llamados, ya que se asemejan a una lata de bebida), puede ser separado por el usuario y conectado a un arma de fuego diferentes del mismo calibre. Otro tipo es el "integral" supresor, que consiste en cámaras de expansión que rodea el barril. El cañón está perforado con aberturas o "puertos" que purgar los gases en las cámaras. Este tipo de supresor es parte del arma de fuego de cilindros con los mecanismos internos para reducir el sonido de los disparos al frenar el escape propulsor de gas y, a veces mediante la reducción de la velocidad de la bala.

(Izquierda) Disparo con una pistola sin silenciador;
en el borde izquierdo de la imagen se alcanza a apreciar una linea curva,
esta es la onda de sonido.
(Derecha) Disparo con silenciador.