El sonido se puede propagar en sólidos, gases y líquidos, y la velocidad de propagación más lenta es en el aire, la velocidad de propagación más rápida es en líquidos y la velocidad de propagación más rápida es en sólidos. La velocidad supersónica en este artículo se refiere específicamente a la propagación del sonido en el aire.
La velocidad del sonido se refiere a la velocidad de propagación del sonido. La velocidad estándar es la velocidad del sonido que se propaga en el aire medida a 15°C del nivel del mar. La velocidad del sonido en el aire a 15°C es de 340 m/s, que se convierte en 1224 km/h.
La velocidad supersónica se refiere a la velocidad superior a 340 m/s, la velocidad inferior a 340 m/s se denomina velocidad subsónica y la velocidad igual a 340 m/s se denomina velocidad transónica. Cada vez que la temperatura del aire aumenta en 1, la velocidad del sonido aumentará en 0,6 m/s, y la velocidad del sonido también está relacionada con la presión del aire.
La unidad de velocidad del sonido también se puede llamar Mach 1 es una vez la velocidad del sonido y Mach 2 es el doble de la velocidad del sonido. Cualquier velocidad del sonido que exceda Mach 1 se llama velocidad supersónica, y cualquier velocidad superior a Mach 5 se llama velocidad hipersónica.
La velocidad supersónica se utiliza principalmente en aviones y misiles.
Los aviones supersónicos son los mayores inventos de la aviación del siglo XX, pero durante el vuelo, las explosiones sónicas pueden dañar gravemente la resistencia mecánica del avión.
¿Qué es una explosión sónica? Cuando un objeto se mueve a una velocidad cercana a la velocidad del sonido, una fuerte resistencia hace que el objeto oscile fuertemente y la velocidad se atenuará. Esto se llama barrera del sonido. Después de atravesar la barrera del sonido, la compresión del aire por el objeto en sí no puede propagarse rápidamente y se acumula gradualmente en el lado de barlovento del objeto para formar una superficie de onda de choque, donde la energía acústica está altamente concentrada. Cuando esta energía llega a los oídos de las personas, sentirán una explosión breve y extremadamente fuerte llamada boom sónico.
Principio del boom sónico. Cuando un avión vuela a velocidad supersónica en el aire, aparecerá una onda en forma de cuña o de cono, es decir, una onda de choque, en la nariz o en la parte sobresaliente. Todas las ondas de choque se apilan detrás del fuselaje, formando un cono de sonido en forma de cono. La presión, la densidad y la temperatura del aire detrás de las ondas aumentan repentinamente, la velocidad disminuye rápidamente y sentirá dos fuertes explosiones atronadoras. La ruptura de la barrera del sonido suele ir acompañada de una extraña nube sónica. Esto se debe a que la temperatura detrás de la onda de choque disminuye debido a la disminución de la presión del aire, y el vapor de agua en el aire se licua para formar pequeñas gotas de agua, que parecen nubes. Suele durar unos segundos y es fugaz. Debido a que el aire del mar es muy húmedo, es más fácil que se agiten nubes y niebla.
Después de casi dos décadas de duro trabajo, actualmente sólo existen dos aviones supersónicos de pasajeros, el Concorde desarrollado conjuntamente por Gran Bretaña y Francia y el Tu-144 de la antigua Unión Soviética. Después de unos tres años de vuelos de prueba, se puso en producción en masa en 1973. Se estima que se produjeron 30 Tu-144***. En 2003 se retiraron todos los Concorde del mercado. Desde entonces no ha vuelto a volar ningún avión supersónico de pasajeros.
El Ministerio de Defensa ruso anunció que el misil ruso denominado "Dagger" es un misil hipersónico. Actualmente, China, Estados Unidos y Rusia están desarrollando vigorosamente nuevas tecnologías de misiles, incluidos los misiles hipersónicos (la velocidad después del lanzamiento es superior a Mach 5). En 2019, China mostró públicamente el misil Dongfeng-17, considerado el primer misil hipersónico instalado oficialmente en el mundo.
El boom sónico generado por la velocidad supersónica tiene una energía enorme. El boom sónico generado por un Concorde que vuela al doble de la velocidad del sonido a una altitud de 16.000 metros ejerce una presión de hasta 100 Pa sobre el suelo, lo que equivale a ejercer una fuerza de 100 N sobre una ventana de cristal de aproximadamente un metro cuadrado. . Los estallidos sónicos pueden elevar la presión arterial, causar fatiga e insomnio, y el sonido fuerte puede marear a las personas.