4.6a - Waves - Shock Waves and Sonic Booms

Brett Guisti

28 Jan 201504:38

Summary

TLDREl guion trata sobre las ondas de choque y los estallidos sónicos, fenómenos que ocurren cuando una fuente de sonido se mueve a velocidades superiores a la del sonido. Se explica el efecto Doppler y cómo, al acelerar una fuente de sonido, se crea una acumulación de presión que resulta en un choque de sonido. Se ilustra con imágenes estáticas y animadas cómo se forman estas ondas de choque, tanto en el agua como en el aire, y cómo un avión al volar supera la barrera del sonido y genera un estallido sónico. Se aclaran conceptos comunes sobre la barrera del sonido y el origen de los estallidos sónicos.

Takeaways

🎵 La fuente de sonido que se mueve más rápido que la velocidad del sonido crea un fenómeno conocido como onda de choque.
🌊 El efecto Doppler se manifiesta cuando la fuente de sonido se mueve, pero se intensifica y se transforma en onda de choque al superar la velocidad del sonido.
🚀 La propagación de las ondas de presión al igualar o superar la velocidad del sonido es la causa de los estallidos sónicos.
📉 A medida que la fuente se acelera, las ondas de presión en el lado derecho se acumulan, formando una onda de choque.
🌐 La construcción de una onda de choque es el responsable de los estallidos sónicos, que son audibles para los observadores en el suelo.
🐥 Incluso un pato nadando puede crear una onda de choque en el agua, ya que puede moverse más rápido que las ondas de agua.
🚤 El avance de una embarcación crea una onda de choque similar, conocida como estela.
✈️ Las aviones al volar a velocidades supersonicas generan ondas de choque tanto en la parte delantera como en la trasera.
💥 El ruido percibido como un estallido sónico no ocurre en el momento de la transición supersonica, sino cuando las ondas de choque alcanzan al observador.
🚫 La barrera del sonido no se refiere a la sensación del estallido, sino a la resistencia que experimenta un objeto al intentar superar la velocidad del sonido.

Q & A

¿Qué es un shock wave y cómo está relacionado con los booms sónicos?
-Un shock wave es una onda de presión que se forma cuando una fuente de sonido supera la velocidad del sonido, causando una acumulación de presión y una interferencia constructiva en la onda. Esto es lo que produce los booms sónicos, que son los ruidos que escuchamos cuando un objeto supera la barrera del sonido.
¿Cuál es la diferencia entre el efecto Doppler y la formación de un shock wave?
-El efecto Doppler ocurre cuando una fuente de sonido se mueve a una velocidad menor que la del sonido, causando una alteración en la frecuencia percibida. En cambio, un shock wave se forma cuando la fuente supera la velocidad del sonido, acumulando presión y formando una onda de choque.
¿Por qué se forman shock waves cuando un objeto se mueve más rápido que el sonido?
-Cuando un objeto se mueve más rápido que el sonido, cada nueva onda de sonido se acumula y presiona en la frente de la onda anterior, lo que resulta en una onda de choque o shock wave. Esto se debe a la interferencia constructiva de las ondas que se propagan.
¿Cómo se ven los shock waves en diferentes medios como el agua y el aire?
-En el agua, los shock waves pueden verse como un cono detrás de un objeto que se mueve más rápido que las ondas del agua, como un pato nadando. En el aire, los shock waves se pueden ver como distorsiones alrededor de objetos que se mueven a velocidades supersonicas, como un avión o un coche propulsado por cohetes.
¿Qué es un boom sónico y cómo se relaciona con los shock waves?
-Un boom sónico es el ruido que escuchamos cuando un shock wave alcanza a un observador en el suelo. Se produce cuando dos shock waves, uno en la parte delantera y otro en la parte trasera del objeto que se mueve a velocidades supersonicas, impactan contra el aire y son percibidos por el oyente.
¿Cuál es la barrera del sonido y qué significa 'romper la barrera del sonido'?
-La barrera del sonido es el límite de velocidad a la que un objeto puede moverse sin superar la velocidad del sonido en el aire. 'Romper la barrera del sonido' se refiere a cuando un objeto alcanza o excede esta velocidad, enfrentando una resistencia significativa debido a la presión del aire.
¿Por qué se producen dos booms sónicos cuando un avión supera la velocidad del sonido?
-Se producen dos booms sónicos porque hay dos shock waves principales: uno en la parte delantera y otro en la parte trasera del avión. Cuando estos shock waves alcanzan al observador, se escuchan como dos explosiones separadas, aunque suelen ser tan cercanas en el tiempo que suelen ser percibidas como un solo boom.
¿Cómo se ve la formación de un shock wave en una animación?
-En una animación, se puede ver cómo las ondas de sonido se acumulan y forman un shock wave cuando la fuente de sonido se mueve a velocidades supersonicas. Esto se muestra con una distorsión en el aire que se propaga en forma de cono desde la fuente del sonido.
¿Qué sucede con la frecuencia de las ondas de sonido cuando una fuente se mueve a velocidades diferentes?
-Cuando una fuente de sonido se mueve a velocidades diferentes, la frecuencia percibida de las ondas de sonido cambia. Si se mueve más lento que el sonido, la frecuencia es menor. Si se mueve a la misma velocidad que el sonido, la frecuencia no cambia. Y si se mueve más rápido que el sonido, se forma un shock wave y las ondas de sonido se ven afectadas de manera diferente.
¿Por qué no se escuchan dos booms sónicos separados cuando un avión vuela a velocidades supersonicas?
-Aunque技术上 hay dos shock waves que podrían causar dos booms sónicos, la rapidez a la que se mueve el avión hace que estos dos booms ocurran tan cerca en el tiempo que suelen ser percibidos como un solo ruido sónico.

Outlines

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🔊 Ondulaciones y Ondas de Choque

El último tema tratado en el guion es sobre las ondas de choque y los estallidos sónicos. Se menciona el efecto Doppler, que ocurre cuando una fuente de sonido se mueve, y cómo este efecto cambia cuando la fuente se mueve más rápidamente que la propia velocidad del sonido. Se describe que, al aumentar la velocidad de la fuente, las ondas de sonido se acumulan y generan una presión que conduce a la formación de una onda de choque. Estas ondas de choque son responsables de los estallidos sónicos. Se ilustra con imágenes cómo las ondas de sonido se propagan en diferentes situaciones, como cuando la fuente está en movimiento, y cómo se ven afectadas por la velocidad de la fuente. Además, se explica que los estallidos sónicos son percibidos por aquellos que están en el suelo cuando un avión sobrevuela, debido a que ambos tipos de ondas de choque impactan en el observador, generando el ruido característico. Se aclara que el 'barriera del sonido' no es lo que causa el estallido, sino que es una barrera para superar la velocidad del sonido, y que el estallido ocurre cuando la onda de choque alcanza al observador.

Mindmap

Keywords

💡Onda de choque

Una onda de choque es una onda de presión que se forma cuando un objeto se mueve a una velocidad superior a la del sonido. En el vídeo, se menciona que las ondas de choque son responsables de los estallidos sónicos y que se pueden ver en imágenes donde se muestran como distorsiones en el aire, como las generadas por un avión o un coche propulsado por un cohete.

💡Estallido sónico

Un estallido sónico es el ruido que se escucha cuando una onda de choque alcanza a un observador en el suelo. El vídeo aclara que este fenómeno no ocurre cuando un objeto pasa de la subsónica a la supersonicidad, sino que es el momento en que las ondas de choque impactan contra alguien en el suelo.

💡Efecto Doppler

El efecto Doppler es un cambio en la frecuencia de una onda (como una onda de sonido) percibida por un observador debido al movimiento relativo entre la fuente de la onda y el observador. En el vídeo, se utiliza como punto de partida para explicar qué sucede cuando una fuente de sonido se mueve rápidamente, especialmente cuando supera la velocidad del sonido.

💡Velocidad del sonido

La velocidad del sonido es la velocidad a la que se propagan las ondas sonoras a través de un medio, como el aire. En el vídeo, se menciona que si un objeto se mueve más rápido que la velocidad del sonido, se producen ondas de choque y estallidos sónicos.

💡Presión

La presión en el contexto del vídeo se refiere a la fuerza ejercida por el aire o cualquier otro medio por el que se propagan las ondas sonoras. Cuando una fuente de sonido supera la velocidad del sonido, hay una acumulación de presión que se manifiesta en forma de una onda de choque.

💡Interferencia constructiva

La interferencia constructiva es un fenómeno que ocurre cuando dos o más ondas se suman para formar una onda resultante de mayor amplitud. En el vídeo, se menciona que la interferencia constructiva ocurre en el borde de las ondas de choque, lo que resulta en una onda de presión más fuerte.

💡Barrera del sonido

La barrera del sonido se refiere al umbral de velocidad a través del cual un objeto debe pasar para alcanzar velocidades supersonicas. El vídeo explica que, aunque hay una barrera para superar la velocidad del sonido, la barrera en sí no es lo que causa el estallido sónico; en cambio, el estallido es el resultado de las ondas de choque alcanzando a un observador.

💡Fuente de sonido

La fuente de sonido es el objeto que emite ondas sonoras. En el vídeo, se utiliza para ilustrar cómo las ondas se propagan en diferentes direcciones si la fuente está en reposo y cómo se ven afectadas por el movimiento de la fuente, especialmente cuando esta se mueve a velocidades superiores a la del sonido.

💡Frecuencia

La frecuencia es la cantidad de ciclos de una onda que ocurren en un período de tiempo y se mide en hertzios (Hz). En el vídeo, se menciona cómo la frecuencia de las ondas de sonido cambia dependiendo de la velocidad de la fuente en relación con la velocidad del sonido, lo que se conoce como efecto Doppler.

💡Cono de choque

Un cono de choque es una forma que toma la onda de choque cuando una fuente de sonido se mueve a velocidades supersonicas. En el vídeo, se describe cómo un pato nadando en el agua puede crear un cono de choque debido a que se mueve más rápido que las ondas de agua.

Highlights

Introduction to shock waves and sonic booms as a topic within the broader study of waves.

Connection between the Doppler effect and a moving sound source, particularly when the source moves faster than sound.

Stationary sound sources result in sound waves propagating equally in all directions.

When a sound source moves, higher frequency waves appear in front, and lower frequency waves trail behind.

Exceeding the speed of sound causes pressure buildup at the wavefront, leading to shock waves.

Shock waves form due to constructive interference at the wavefront.

Shock waves are responsible for sonic booms, typically associated with supersonic travel.

A visual analogy with a moving duck: the duck moves faster than water waves, creating a similar shock wave cone in the water.

Jet cars or airplanes traveling faster than the speed of sound create shock waves in the air.

Sonic booms are produced when shock waves hit observers on the ground, not necessarily when the object breaks the sound barrier.

A misconception is corrected: the sonic boom does not occur when the object crosses the sound barrier, but when the shock wave reaches the observer.

Shock waves occur in the front and back of supersonic planes, leading to the perception of two booms in close succession.

Observers at different distances hear sonic booms at different times depending on their position relative to the plane.

Breaking the sound barrier requires overcoming a pressure buildup at the speed of sound, but this resistance decreases once the object exceeds that speed.

Summary of the key points: breaking the sound barrier, shock waves, and sonic booms are phenomena tied to the physics of supersonic travel.