Viaggiare a velocità supersoniche: quanto è veloce Mach 1?

Se dovessi chiedere a qualcuno che ti sta passando vicino a Mach 1 a che velocità sta andando, non risponderebbe. Perché non ti sentirebbero. Viaggiare a Mach 1 significa viaggiare alla velocità del suono, quindi la tua domanda non sarebbe in grado di raggiungerti.

Quindi quanto è veloce la velocità del suono, allora? Rispondere a questa domanda rivela alcune verità piuttosto interessanti sul mondo fisico e, in particolare, su come funziona il suono.

Cos’è anche il suono?

Per capire davvero cosa significa Mach 1, aiuta a capire il fenomeno che rappresenta. Ciò che chiamiamo suono è un disturbo meccanico che attraversa gli strati dell’aria. Il suono ha origine quando qualcosa inizia a vibrare, che si tratti della testa di un tamburo percossa da una bacchetta o delle corde vocali del tuo gatto mentre miagola per essere nutrito. Quella vibrazione spinge contro l’aria vicina, che spinge contro l’aria vicina, e così via. Quando l’onda di pressione risultante raggiunge il tuo orecchio, il tuo cervello lo interpreta come suono.

Poiché il suono viaggia attraverso un mezzo fisico, la sua velocità è influenzata dalle proprietà fisiche di quel mezzo. Nell’aria, ad esempio, un’onda sonora viene trasmessa da molecole di gas che si scontrano l’una con l’altra. Più calda è l’aria, più velocemente si muovono le molecole e più veloce è la velocità del suono. A una temperatura di 32 gradi F, il suono viaggia a circa 741 miglia all’ora. A 85 gradi F, la velocità del suono è di circa 780 mph. È possibile determinare autonomamente la velocità del suono nell’aria a varie temperature utilizzando il calcolatore della velocità del suono del servizio meteorologico nazionale.

Il suono viaggia a velocità diverse in diversi tipi di gas. Ad esempio, la velocità del suono a 32 gradi F è di 707 mph in ossigeno puro e 2.158 mph in elio. Si muove anche a velocità diverse in vari liquidi e solidi: 3.241 mph in acqua salata a 32 gradi, per esempio, e 11.250 mph in alluminio laminato.

Cosa significa Mach 1?

Quindi ora che sai che non esiste una “velocità del suono” assoluta. Il che significa che “Mach 1” non è una velocità assoluta, ma relativa. “Mach 1” significa muoversi alla velocità del suono, qualunque sia in base alle condizioni locali. Quindi per un aeroplano che viaggia in aria a 85 gradi F, Mach 1 sarebbe 780 mph. Per un altro aereo che sta volando in aria a 32 gradi, Mach 1 è 741 mph. Qualche strano oggetto fantascientifico che vola attraverso un’atmosfera di elio dovrebbe superare i 2.000 mph per raggiungere Mach 1. Il numero di Mach viene calcolato dividendo la velocità attuale di un oggetto per la velocità del suono in quella posizione. Quindi un oggetto che vola al doppio della velocità del suono è Mach 2. Tre volte è Mach 3 e così via.

Il sistema di numerazione Mach prende il nome dal fisico austriaco Earnst Mach, che stabilì il concetto nel 1887. Non sarebbe stato fino al 1947 che il primo essere umano viaggiò a Mach 1. Quello fu l’anno in cui il pilota dell’aeronautica americana Chuck Yeager, volando da solo per l’8^th volo di prova di un velivolo sperimentale, ha raggiunto una velocità di Mach 1.06. Nel 1959, gli aerei successivi riuscirono a raggiungere Mach 5.

Cosa succede quando rompi il muro del suono?

L’aereo Yeager non è stato il primo oggetto creato dall’uomo a viaggiare più veloce del suono. Le palle di cannone lo hanno fatto, così come i proiettili. E anche lo schiocco di una frusta è causato dalla punta che si muove così velocemente. Ma le difficoltà di creare un aereo che potesse viaggiare così velocemente hanno portato all’idea di una metaforica “barriera del suono” che doveva essere superata. Ciò che realmente accade è che quando un aereo si avvicina a Mach 1, le onde di pressione che crea non possono superare l’aereo stesso. Ciò provoca onde di trascinamento e d’urto sull’aereo, rendendone difficile il controllo. L’aereo di Yeager doveva essere modificato per contrastare questo. Quando un oggetto volante raggiunge e supera Mach 1, le onde di pressione si combinano in onde d’urto che vengono udite come boom sonici simili a esplosioni. Un velivolo che vola più veloce della velocità del suono genera più boom sonici lungo la sua traiettoria di volo.

Viene chiamato un oggetto che si muove più lentamente della velocità del suono subsonico. Volare alla o vicino alla velocità del suono è definito come transonico volo. Vengono chiamate velocità comprese tra Mach 1 e Mach 5 supersonico. E le velocità oltre – lo space shuttle, per esempio, rientra nell’atmosfera terrestre a Mach 25 – sono designate come ipersonico.

Alcuni oggetti che sono stati spinti a Mach 1 e oltre includono:

Thrust SSC, la prima auto a rompere la barriera del suono: 763 mph, Mach 1 (tramite il Guinness dei primati)

Aereo SR-71 Blackbird, 2000+ mph, Mach 3

Slitta a razzo dell’aeronautica: 6.433 mph, Mach 8.35

NASA X-43A Velivolo ipersonico senza pilota: 7.000 mph, Mach 9