O mito da barreira do som

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O que é a barreira do som?
A barreira do som é um mito. O termo surgiu durante a Segunda Grande Guerra, quando os aviões tornaram-se rápidos o suficiente para sofrer os efeitos da compressibilidade do ar. A partir de uma determinada velocidade (denominada “Mach de divergência”), o arrasto total da aeronave aumentava drasticamente.

Havia quem teorizasse que a velocidade supersônica jamais seria atingida, pois esta componente extra (chamado “arrasto de onda”) cresceria exponencialmente ao se acelerar a aeronave, dando início à idéia de uma parede nos céus, ou seja, a barreira do som.

O falso conceito foi superado, porém ficou a expressão, que, em termos corriqueiros, significa que o avião rompeu Mach 1, ou seja, tem velocidade superior à do som.
O que se passa em torno do avião quando ele passa a voar supersônico?
Em vôo supersônico, o encontro do ar com o nariz do avião forma uma onda de choque em formato de arco. Conforme se acelera, esta inflexão fica cada vez mais inclinada para trás, adotando a forma de um cone (“Cone de Mach”).

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Além do choque frontal, forma-se um outro logo atrás da cauda. Ao passar por essas oscilações, o ar sofre violentas variações de pressão. Entre os extremos da estrutura, o escoamento colide com outras partes da aeronave (capota, entradas de ar, aerofólios), gerando ondas de choque de menor intensidade. Seus efeitos tendem-se a se misturar com os choques principais a alguma distância da aeronave.

Curiosamente a maior parte dos aviões supersônicos tem asas de perfil subsônico. Isso é possível, adotando um enflechamento das asas suficiente para que, em todo o envelope operacional:

O bordo de ataque esteja dentro do Cone de Mach; e

A componente da velocidade perpendicular ao bordo de ataque seja menor que Mach 1.

O Mirage III é um exemplo clássico deste recurso de projeto.

Como o avião mede a velocidade supersônica?
Os aviões supersônicos e os protótipos em campanha de ensaios em vôo normalmente optam por instalar seus sensores anemométricos (pressão total e pressão estática) e de temperatura fora do escoamento perturbado pela aeronave. Assim, colocam-nos em um longo tubo à frente do nariz da aeronave.

O que o piloto sente quando o avião ultrapassa a velocidade do som?
Depende do projeto do avião. Nos aviões da década de 1940 e 50, poderia surgir alguma característica indesejável de pilotagem durante a aceleração transônica, devido à formação de ondas de choque sobre as asas e estabilizadores.

Depois desta época, fórmulas consagradas se impuseram e minimizaram este tipo de interferência. Dois efeitos, entretanto, devem ser obrigatoriamente resolvidos pelos sistemas de bordo:

Aerodinâmico: em vôo supersônico, as forças aerodinâmicas de sustentação e arrasto se redistribuem pela aeronave, assumindo um novo perfil. O sistema de comandos de vôo deve ser projetado de modo a filtrar esse evento, reposicionando automaticamente os comandos de arfagem, sem provocar descontinuidade na manobra executada pelo piloto. O Mirage III, por exemplo, move automaticamente a posição de neutro do manche para trás nesta condição; e

Anemométrico: na transição para o vôo supersônico, também se forma uma onda de choque à frente dos sensores anemométricos do avião. Para superar este efeito, são aplicadas fórmulas de conversão para traduzir valores de pressão em informações para o piloto (velocidade, altitude…) diferentes do vôo subsônico. Esta é a razão, por exemplo, que os pilotos de F-5E testemunham variações bruscas e instantâneas nos seus instrumentos de bordo, ao superar a velocidade do som.

Concluí-se que, voando uma aeronave de combate moderna, o vôo supersônico ocorre sem nenhuma indicação ao piloto, exceto pelas marcações de velocidade e altitude.

Quais efeitos se sentem no chão?
A um observador no solo, as variações de pressão decorrentes do vôo supersônico são sentidas como o impacto de uma onda sonora. A seqüência de compressão e descompressão dura um décimo de segundo ou menos. O “boom sônico” pode parecer desde um estampido similar ao som de um surdo (instrumento musical) a uma breve, mas forte explosão (excedendo 200 decibéis). Ocasionalmente os dois picos (estampidos) seguidos podem ser percebidos.

A força da onda de choque depende de uma série de fatores ambientais e de projeto. Seu efeito pode resultar em danos psicológicos ou materiais, como quebra de janelas, rachaduras em construções, etc. Os maiores prejuízos são provocados sob a trajetória do avião, podendo se estender por até cem quilômetros de distância. Existem manobras que possibilitam a concentração das conseqüências. Periodicamente o noticiário internacional denuncia esse tipo de ação da Força Aérea Israelense (IAF) sobre o território palestino da Faixa de Gaza.

Um caça com uma nuvem de vapor formado sobre as asas está supersônico?
O fenômeno citado chama-se “Singularidade de Prandtl-Glauert” e se popularizou com a distribuição de imagens pela Internet.

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O que o piloto sente quando o avião ultrapassa a velocidade do som?
Depende do projeto do avião. Nos aviões da década de 1940 e 50, poderia surgir alguma característica indesejável de pilotagem durante a aceleração transônica, devido à formação de ondas de choque sobre as asas e estabilizadores.

Depois desta época, fórmulas consagradas se impuseram e minimizaram este tipo de interferência. Dois efeitos, entretanto, devem ser obrigatoriamente resolvidos pelos sistemas de bordo:

Aerodinâmico: em vôo supersônico, as forças aerodinâmicas de sustentação e arrasto se redistribuem pela aeronave, assumindo um novo perfil. O sistema de comandos de vôo deve ser projetado de modo a filtrar esse evento, reposicionando automaticamente os comandos de arfagem, sem provocar descontinuidade na manobra executada pelo piloto. O Mirage III, por exemplo, move automaticamente a posição de neutro do manche para trás nesta condição; e

Anemométrico: na transição para o vôo supersônico, também se forma uma onda de choque à frente dos sensores anemométricos do avião. Para superar este efeito, são aplicadas fórmulas de conversão para traduzir valores de pressão em informações para o piloto (velocidade, altitude…) diferentes do vôo subsônico. Esta é a razão, por exemplo, que os pilotos de F-5E testemunham variações bruscas e instantâneas nos seus instrumentos de bordo, ao superar a velocidade do som.

Concluí-se que, voando uma aeronave de combate moderna, o vôo supersônico ocorre sem nenhuma indicação ao piloto, exceto pelas marcações de velocidade e altitude.

Quais efeitos se sentem no chão?
A um observador no solo, as variações de pressão decorrentes do vôo supersônico são sentidas como o impacto de uma onda sonora. A seqüência de compressão e descompressão dura um décimo de segundo ou menos. O “boom sônico” pode parecer desde um estampido similar ao som de um surdo (instrumento musical) a uma breve, mas forte explosão (excedendo 200 decibéis). Ocasionalmente os dois picos (estampidos) seguidos podem ser percebidos.

A força da onda de choque depende de uma série de fatores ambientais e de projeto. Seu efeito pode resultar em danos psicológicos ou materiais, como quebra de janelas, rachaduras em construções, etc. Os maiores prejuízos são provocados sob a trajetória do avião, podendo se estender por até cem quilômetros de distância. Existem manobras que possibilitam a concentração das conseqüências. Periodicamente o noticiário internacional denuncia esse tipo de ação da Força Aérea Israelense (IAF) sobre o território palestino da Faixa de Gaza.

Um caça com uma nuvem de vapor formado sobre as asas está supersônico?
O fenômeno citado chama-se “Singularidade de Prandtl-Glauert” e se popularizou com a distribuição de imagens pela Internet.

16 Respostas

  1. Ismael Costa disse:

    Quando a nuvem de vapor é formada sobre as asas de um caça,
    significa que ele ultrapassou a velocidade do som, ou, são dois fenômenos distintos?

  2. Ismael Costa disse:

    Quando a nuvem de vapor é formada no caça significa que ele ultrapassou a velocidade do som?

  3. lucas disse:

    mas ningem comseguil ultrapasar o mach 2
    pode acontecer de se ovir na cidade o estrombo

  4. Nino disse:

    Muito legal a explicação. Porém, além disto, eu gostaria de saber o que o piloto OUVE imediatamente antes, no momento e após a quebra da barreira do som.

    Obrigado!!!

  5. eu disse:

    achei interassante e construtiva a explicação e me ajudou muito no meu trabalho….. Só meu professor não achou muito legal

  6. eduardo disse:

    quando o avioa ultrapassa a barreira do som ele continua ou e apanas instante

  7. Thisp disse:

    Amigos, esse vapor em torno do avião é o “cone de mach” e é formado alguns segundos antes de se quebar a barreira do som, que é de 1.224 km/h ou cerca de 330 metros por segundo ao nível do mar.
    O piloto da aeronave, não ouvi o estampido, o que se sente é apenas uma leve vibração dentro do avião.

  8. joao mozelli disse:

    muito legal tirei tudo daqui para o meu trabalho e acho que vou tirar 10!

  9. anderson disse:

    bom realmente é de se duvidar mais estou aqui para fazer esse teste num avião supersonico…..
    certo sou militar.

  10. luiz disse:

    Poxa acho esse negocio de avião cara um maior barato conheço varios aviões darei exemplos.

    Russia:su-30,su-35,su-37,su-25,mig-31,mi29 e etc…

    USA:f-16,f-22,f-15,f-18,f-4phanton e etc…

    Brasil:mirage-2000,amx-50,f-5 e etc…

    E outros como: rafaele,griphen,tornado,f-117,a-6intruther,su-47,harrie,f-14.

  11. lucas santana dos santos disse:

    eu queria saber se quando a barreira de som e ultrapassada ela faz um estrondo alto ou baixo.

  12. Hellhammer disse:

    Eita… Tem um analfabeto acima, kkkkkk…

    “mas ningem comseguil ultrapasar o mach 2
    pode acontecer de se ovir na cidade o estrombo”

    pô, esse povo ia na escola só para comer a merenda, né…

    SEU PORRA, É “NINGUÉM”, “CONSEGUIU”, “ULTRAPASSAR”, “OUVIR” E “ESTRONDO”, SEU ANIMAL!!!

    E pra fechar: O avião mais rápido do mundo (SR-71 Blackbird) consegue voar a Mach 3, isto é com velocidade 3 vezes a velocidade do som, ou seja, cerca de 3.658 km/hora.

    Agora tá tudo certo, né?

  13. SAUHASHUSHUS disse:

    Bacana post !!!!!

  14. RODOLFOV8 disse:

    HUAHUAHUAHUAHUA… ÓTIMO O POST DO HELLHAMMER SOBRE O ANALFA. CONCORDO PLENAMENTE. DOEM ESSES COMENTÁRIOS ININTELIGÍVEIS. PORRA, VAI ESTUDAR AO INVÉS DE FICAR NAVEGANDO NA NET E ESCREVENDO MERDA. ESTROMBO FOI DEMAIS…

  15. Ícaro Battoni disse:

    FALA GALERA, SÓ PRA ATUALIZAR!

    O avião da Força Aérea dos Estados Unidos Waverider X-51A bateu o recorde de velocidade ao voar a 7350 quilómetros por hora (Mach 6, seis vezes a velocidade do som) durante três minutos. Já anteriormente, um avião tinha voado a esta velocidade mas apenas durante 12 segundos.

    Estou pensando em comprar um desses! hehe… abraço! Até pros analfas!

  16. wellington rosberg disse:

    quando o caça,chega a uma detrminada altura(mesosfera) as tubinas de propulsão

    perdem pressão e força, qual a altuira máxima que um F-22 e um F-16 pode chegar?

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