Os seres humanos sentem-se fascinados pela velocidade, desde há séculos.
A história do progresso humano confunde-se com a da velocidade
sempre em crescimento.
Uma das realizações mais importantes nesta corrida histórica
foi a quebra da barreira do som.
Pouco tempo depois dos primeiros voos com êxito dos aviões,
os pilotos ansiavam por fazer voar os seus aviões cada vez mais depressa.
Mas à medida que isso acontecia, a turbulência aumentava
e forças importantes no avião impediam-nos de acelerar ainda mais.
Alguns tentaram rodear o problema através de mergulhos arriscados,
muitas vezes com resultados trágicos.
Por fim, em 1947, os melhoramentos de conceção,
como um estabilizador horizontal móvel, uma cauda totalmente móvel,
permitiram que um piloto militar americano chamado Chuck Yeager
voasse no Bell X-1
a 1127 km/hora,
tornando-se na primeira pessoa a quebrar a barreira do som
e a viajar mais depressa do que a velocidade do som.
O Bell X-1 foi o primeiro de muitos aviões supersónicos que se seguiram
com "designs" posteriores que atingiam velocidades acima de Mach 3.
Os aviões que voam a uma velocidade supersónica criam uma onda de choque
com um barulho de trovão conhecido por estrondo sónico,
que pode causar perturbações a pessoas e animais lá em baixo
ou até danificar edifícios.
Por essa razão,
os cientistas em todo o mundo têm estudado os estrondos sónicos
tentando prever o seu percurso na atmosfera,
onde vão aterrar e até que ponto são fortes.
Para melhor perceber como os cientistas estudam os estrondos sónicos,
comecemos com algumas noções básicas do som.
Imaginem atirar uma pequena pedra para uma lagoa tranquila.
O que é que veem?
A pedra provoca ondas que viajam pela água
à mesma velocidade e na mesma direção.
Esses círculos que vão aumentando de raio, chamam-se frentes de onda.
Do mesmo modo, apesar de não a vermos,
uma fonte sonora parada, como uma estereofonia caseira,
cria ondas de som que se vão alargando.
A velocidade das ondas depende de fatores
como a altitude e a temperatura do ar que atravessam.
A nível do mar, o som viaja a cerca de 1225 km/hora.
Mas, em vez dos círculos numa superfície bidimensional,
as frentes de onda são agora esferas concêntricas,
em que o som se propaga ao longo de raios perpendiculares a essas ondas.
Agora imaginem uma fonte móvel de som, como o apito de um comboio.
À medida que essa fonte continua a mover-se numa certa direção,
as sucessivas frentes de ondas à frente dela
aproximam-se e apertam-se cada vez mais.
Este aumento da frequência das ondas é a causa do famoso efeito Doppler
em que o som dos objetos que se aproximam parece mais agudo.
Mas, à medida que a fonte se move mais devagar do que as ondas de som
vão ficando encaixadas umas nas outras.
É quando um objeto se move supersonicamente,
ou seja, mais depressa do que o som que produz,
que o quadro muda radicalmente.
À medida que ultrapassa as ondas de som que emitiu
enquanto vai gerando ondas de som na sua nova posição,
as ondas são empurradas umas contra as outras
formando um cone de Mach.
Quando se aproxima de um observador, não se ouve nenhum som
porque o objeto está a viajar mais depressa do que o som que produz.
Só depois de o objeto passar é que o observador ouve o estrondo sónico.
Quando o cone de Mach atinge o solo, forma uma hipérbole,
deixando um rasto conhecido por passadeira de estrondo, quando avança.
Isto torna possível determinar a área afetada por um estrondo sónico.
Como é que se descobre até que ponto será forte um estrondo sónico?
Isso envolve resolver as famosas equações Navier-Stokes
para determinar a variação da pressão no ar
devida ao avião supersónico que o atravessa.
O resultado é uma curva de pressão conhecida por Onda-N.
O que significa esta forma?
O estrondo sónico ocorre quando há uma mudança súbita na pressão
e a Onda-N envolve dois estrondos:
um para a inicial subida de pressão no nariz do avião
e outra para quando passa a cauda,
e a pressão volta, subitamente, ao normal.
Isso provoca um duplo estrondo
mas, habitualmente, os ouvidos humanos só ouvem um único estrondo.
Na prática, os modelos de computador que usam estes princípios,
podem prever a localização e a intensidade dos estrondos sónicos
para determinadas condições atmosféricas e trajetórias de voos
e há investigação em curso para minimizar os seus efeitos.
Entretanto, o voo supersónico sobre terra é proibido.
Então, os estrondos sónicos são uma criação recente?
Não propriamente.
Enquanto tentamos descobrir forma de os silenciar,
há animais que têm usado os estrondos sónicos em seu proveito.
O gigantesco Diplodocus deve ter conseguido estalar a sua cauda
mais depressa do que o som, a mais de 1200 km/hora,
possivelmente para deter predadores.
Certos caranguejos também podem criar uma onda de choque semelhante
debaixo de água,
atordoando ou matando a presa à distância,
apenas com um estalo da sua garra descomunal.
Embora os seres humanos tenham feito grandes progressos
na sua incansável procura da velocidade,
acontece que a Natureza chegou lá primeiro.