A los humanos nos fascina la velocidad desde siempre.
La historia del progreso humano crece a pasos agigantados,
y uno de los logros más importantes en esta carrera histórica
fue la ruptura de la barrera del sonido.
No mucho después de los primeros vuelos exitosos de avión,
los pilotos tenían ansias de más velocidad.
Pero a la vez, las intensas turbulencias
y la gran presión ejercitada sobre el avión le impedían acelerar más.
Algunos trataron de eludir el problema mediante inmersiones de riesgo,
a menudo con resultados trágicos.
Por último, en 1947, mejoras en el diseño
como un estabilizador horizontal móvil y la cola móvil,
permitieron que un piloto militar estadounidense llamado Chuck Yeager
volara el avión Bell X-1
a 1127 km/h.
convirtiéndose en la primera persona en cruzar la barrera del sonido
y viajar más rápido que la velocidad del sonido.
El Bell X-1 fue el primero de muchos aviones supersónicos que siguieron,
con diseños posteriores que alcanzaron velocidades por encima de Mach 3.
Volar a velocidad ultrasónica crea una onda de choque
con un ruido como de trueno conocido como estampido sónico,
que puede causar angustia a la gente y animales en tierra
o incluso dañar edificios.
Por esta razón,
científicos de todo el mundo han estudiado los estampidos sónicos,
tratando de predecir su trayectoria en la atmósfera,
dónde van a aterrizar, y lo estruendoso que será.
Para entender mejor cómo estudian los científicos los estampidos sónicos,
empecemos con algunos conceptos básicos del sonido.
Imagina que lanzas una piedra pequeña en un estanque tranquilo.
¿Qué ves?
La piedra hace que las ondas viajen en el agua
a la misma velocidad en cada dirección.
Estos círculos que siguen creciendo en un radio se llaman frentes de onda.
Del mismo modo, aunque no lo veamos,
una fuente de sonido estacionaria, como un equipo de música estéreo,
crea ondas sonoras que viajan hacia el exterior.
La velocidad de las ondas depende de factores
como la altitud y la temperatura del aire por la que se mueven.
A nivel del mar, el sonido viaja a unos 1225 km/h.
Pero en lugar de círculos en una superficie bidimensional,
los frentes de onda ahora son esferas concéntricas,
con el sonido que viaja en rayos en forma perpendicular a estas ondas.
Imagina una fuente de sonido en movimiento, como el silbato de un tren.
Conforme la fuente se sigue moviendo en una cierta dirección,
las ondas sucesivas en su frente se irán agrupando más y más.
Esta mayor frecuencia de la onda es la causa del famoso efecto Doppler,
donde los objetos que se acercan tienen sonido más agudo.
Siempre que la fuente se esté moviendo más lento que las ondas sonoras,
permanecerán anidadas una dentro de otra.
Cuando un objeto se vuelve supersónico, se mueve más rápido que el sonido,
esa imagen cambia drásticamente.
A medida que supera las ondas sonoras que ha emitido,
mientras genera nuevas ondas desde su posición actual,
las ondas ejercen fuerzas mutuas formando un cono de Mach.
No se oye sonido cuando se aproxima a un observador
porque el objeto se desplaza más rápido que el sonido que produce.
Solo después que el objeto ha pasado el observador oirá el estampido sónico.
Cuando el cono de Mach toca el suelo se forma una hipérbola,
dejando un rastro conocido como alfombra auge conforme avanza.
Esto permite determinar el área afectada por una explosión sónica.
¿Cómo se puede medir el estruendo de un estampido sónico?
Para eso se deben resolver las famosas ecuaciones de Navier-Stokes,
para encontrar la variación de presión en el aire
producida por la aeronave supersónica que lo atraviesa.
Esto da lugar a la firma de presión conocida como onda N.
¿Qué significa esta figura?
Bueno, se produce el estampido sónico si hay un cambio repentino en la presión,
y la onda N implica dos estampidos:
uno por el aumento de presión inicial en la nariz de la aeronave,
y otro cuando pasa la cola
y la presión, de repente, vuelve a la normalidad.
Esto provoca una doble estampida,
pero por lo general el oído humano la escucha como una sola.
En la práctica, los modelos informáticos que usan estos principios
a menudo pueden predecir la ubicación y la intensidad de los estampidos sónicos
para condiciones atmosféricas y trayectorias de vuelo dadas,
y hay investigaciones en curso para mitigar sus efectos.
Mientras tanto, el vuelo supersónico sobre la tierra sigue estando prohibido.
¿Son los estampidos sónicos una creación reciente?
No exactamente.
Mientras tratamos de encontrar maneras de silenciarlos
algunos otros animales han usado estampidos sónicos en su beneficio.
El Diplodocus gigante pudo haber sido capaz de agitar su cola
más rápido que el sonido,
a más de 1200 km/h, quizá para disuadir depredadores.
Algunos tipos de camarones pueden crear una onda de choque similar bajo el agua,
y aturdir o incluso matar a la presa a distancia
con solo un chasquido de sus garras de gran tamaño.
Así, mientras los humanos hemos hecho grandes progresos
en nuestra búsqueda incesante de velocidad,
resulta que la naturaleza llegó allí antes.