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La velocidad supersónica es la velocidad de un objeto que excede la velocidad del sonido ( Mach 1). Para objetos que viajan en aire seco a una temperatura de 20 °C (68 °F) al nivel del mar , esta velocidad es de aproximadamente 343,2 m/s (1126 pies/s; 768 mph; 667,1 kn; 1236 km/h). Las velocidades superiores a cinco veces la velocidad del sonido (Mach 5) suelen denominarse hipersónicas . Los vuelos en los que sólo algunas partes del aire que rodean un objeto, como los extremos de las palas del rotor, alcanzan velocidades supersónicas se denominan transónicos . Esto suele ocurrir entre Mach 0,8 y Mach 1,2.
Los sonidos son vibraciones que viajan en forma de ondas de presión en un medio elástico. Los objetos se mueven a velocidad supersónica cuando se mueven más rápido que la velocidad a la que el sonido se propaga a través del medio. En los gases, el sonido viaja longitudinalmente a diferentes velocidades, dependiendo principalmente de la masa molecular y la temperatura del gas, y la presión tiene poco efecto. Dado que la temperatura y la composición del aire varían significativamente con la altitud, la velocidad del sonido y los números de Mach para un objeto en movimiento constante pueden cambiar. En agua a temperatura ambiente, la velocidad supersónica se puede considerar como cualquier velocidad superior a 1.440 m/s (4.724 pies/s). En los sólidos, las ondas sonoras pueden polarizarse longitudinal o transversalmente y tener velocidades aún mayores.
La fractura supersónica es un movimiento de grietas más rápido que la velocidad del sonido en un material frágil .
La palabra supersónico proviene de dos vocablos derivados del latín ; 1) super : arriba y 2) sonus : sonido, que juntos significan por encima del sonido, o más rápido que el sonido.
A principios del siglo XX, el término "supersónico" se utilizaba como adjetivo para describir un sonido cuya frecuencia estaba por encima del rango de audición humana normal. El término moderno para este significado es " ultrasonido ".
Se cree que la punta de un látigo es el primer objeto diseñado para romper la barrera del sonido, lo que produce el revelador "crack" (en realidad, un pequeño estallido sónico ). El movimiento ondulatorio que viaja a través del látigo es lo que lo hace capaz de alcanzar velocidades supersónicas. [3] [4] Sin embargo, el primer estallido supersónico creado por el hombre probablemente fue causado por un trozo de tela, lo que estimuló el eventual desarrollo del látigo. [5]
La mayoría de las balas de las armas de fuego modernas son supersónicas y los proyectiles de los rifles suelen viajar a velocidades cercanas a Mach 3, y en algunos casos [6] muy superiores a ellas .
La mayoría de las naves espaciales son supersónicas al menos durante partes de su reentrada, aunque los efectos en las naves espaciales se reducen por las bajas densidades de aire. Durante el ascenso, los vehículos de lanzamiento generalmente evitan volverse supersónicos por debajo de los 30 km (~98,400 pies) para reducir la resistencia del aire.
Tenga en cuenta que la velocidad del sonido disminuye un poco con la altitud, debido a las temperaturas más bajas que se encuentran allí (normalmente hasta 25 km). A altitudes aún mayores, la temperatura comienza a aumentar, con el correspondiente aumento de la velocidad del sonido.
Cuando un globo inflado estalla, los trozos de látex se contraen a una velocidad supersónica, lo que contribuye al ruido fuerte y agudo del estallido.
Hasta la fecha, sólo un vehículo terrestre ha viajado oficialmente a velocidad supersónica, el ThrustSSC . El vehículo, conducido por Andy Green , ostenta el récord mundial de velocidad en tierra, habiendo alcanzado una velocidad media en su recorrido bidireccional de 1.228 km/h (763 mph) en el desierto de Black Rock el 15 de octubre de 1997.
El proyecto Bloodhound LSR planeó un intento de batir el récord en 2020 en Hakskeenpan , Sudáfrica, con una combinación de automóvil propulsado por un cohete híbrido y un jet. El objetivo era batir el récord existente y luego hacer más intentos durante los cuales [los miembros del] equipo esperan alcanzar velocidades de hasta 1.600 km/h (1.000 mph). El esfuerzo fue dirigido originalmente por Richard Noble, quien era el líder del proyecto ThrustSSC; sin embargo, debido a problemas de financiación en 2018, Ian Warhurst compró el equipo y lo renombró Bloodhound LSR. Posteriormente el proyecto se retrasó indefinidamente debido a la pandemia de COVID-19 y el vehículo se puso a la venta.
La mayoría de los aviones de combate modernos son aviones supersónicos. Ningún avión de pasajeros moderno es capaz de alcanzar velocidades supersónicas, pero ha habido aviones de pasajeros supersónicos , a saber, el Concorde y el Tupolev Tu-144 . Tanto estos aviones de pasajeros como algunos cazas modernos también son capaces de realizar supercrucero , una condición de vuelo supersónico sostenido sin el uso de un postquemador . Debido a su capacidad de realizar supercruceros durante varias horas y a la frecuencia relativamente alta de vuelos durante varias décadas, el Concorde pasó más tiempo volando supersónicamente que todos los demás aviones combinados por un margen considerable. Desde el último vuelo de retirada del Concorde el 26 de noviembre de 2003, no queda ningún avión supersónico de pasajeros en servicio. Algunos bombarderos grandes , como el Tupolev Tu-160 y el Rockwell B-1 Lancer, también tienen capacidad supersónica.
La aerodinámica de los aviones supersónicos es más simple que la aerodinámica subsónica porque las láminas de aire en diferentes puntos a lo largo del avión a menudo no pueden afectarse entre sí. Los aviones supersónicos y los vehículos cohete requieren un empuje varias veces mayor para superar la resistencia aerodinámica adicional que se experimenta en la región transónica (alrededor de Mach 0,85-1,2). A estas velocidades, los ingenieros aeroespaciales pueden guiar suavemente el aire alrededor del fuselaje del avión sin producir nuevas ondas de choque , pero cualquier cambio en el área transversal más abajo del vehículo provoca ondas de choque a lo largo de la carrocería. Los diseñadores utilizan la regla del área supersónica y la regla del área de Whitcomb para minimizar los cambios repentinos de tamaño.
Sin embargo, en aplicaciones prácticas, un avión supersónico debe operar de manera estable tanto en perfiles subsónicos como supersónicos, por lo que el diseño aerodinámico es más complejo.
La clave principal para tener una baja resistencia supersónica es darle la forma adecuada al avión en general para que sea largo y delgado, y cercano a una forma "perfecta", la ojiva de von Karman o el cuerpo de Sears-Haack . Esto ha llevado a que casi todos los aviones de crucero supersónicos tengan un aspecto muy similar entre sí, con un fuselaje muy largo y delgado y grandes alas delta, cf. SR-71 , Concorde , etc. Aunque no es ideal para aviones de pasajeros, esta forma es bastante adaptable para uso en bombarderos.