La barrera del sonido: un límite superado

  La velocidad del sonido es la dinámica de propagación de las ondas sonoras. En la atmósfera terrestre es de 343.2 m/s (a 20ºC de temperatura). Esta velocidad de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera.

  La barrera del sonido fue considerada un límite físico que impedía que objetos de gran tamaño se desplazaran a velocidad supersónica. Se define como una barrera imaginaria que viaja en todas direcciones a la velocidad constante de 1224 km/h, la velocidad del sonido, y al ser vencida por un objeto, estalla formando una explosión sónica.

  Inicialmente se pensaba que el aumento de la resistencia seguía un crecimiento exponencial, por lo que un avión no podría superarla aún aumentando de manera sustancial la potencia de los motores. Sin embargo, desde Ernst Mach se sabía que, a partir de cierto punto, la resistencia ya no aumenta más y, de hecho, se reduce. De manera que para atravesar la barrera del sonido sería suficiente con disponer de mayor propulsión y mejor aerodinámica para vencer ese punto máximo de resistencia. 

  Chuck Yeager fue el primer hombre en atravesar oficialmente la barrera del sonido, el 14 de octubre de 1947, volando con el avión experimental Bell X-1 a velocidad Match 1 (Match=Vavión/Vsonido) y a una altitud de 45.000 pies. 

  Cuando se traspasa la barrera del sonido se da la singularidad de Prandtl-Glauert. Es un punto en el que ocurre una caída súbita de la  presión del aire y se considera generalmente como la causa de la nube de condensación visible que aparece cuando un avión llega a dicho punto. Esto es el círculo blanco que podemos ver en la siguiente foto.

F18 Hornet rompiendo la barrera del sonido

  Actualmente casi todos los aviones de combate son supersónicos, pero solamente se han construido dos aviones de pasajeros supersónicos. El primero en ser construido fue el Tupolev TU-144 ruso  y posteriormente el Concorde franco-británico, ambos retirados hoy en día.

Resonancia Vs Estructuras

  La resonancia mecánica es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos, como el vaso que se rompe cuando un tenor canta. 

  En el primer vídeo podemos ver en que consiste este fenómeno. Tomamos dos diapasones, los cuales emiten un sonido a igual frecuencia y los colocamos próximos. Al hacer vibrar uno el otro emite el mismo sonido espontáneamente debido a que las ondas sonoras generadas por el primero presionan a través del aire al segundo. 

  Este fenómeno es muy importante en la construcción de muchas estructuras, especialmente en la construcción de puentes colgantes.

  En este vídeo se explica claramente como afecta este fenómeno a estas estructuras, a pesar de estar centrado en el caso del puente de Tacoma. Este caso se cita erróneamente con mucha frecuencia, como un caso de resonancia. Años después, los científicos demostraron que el puente falló debido a la acción de unas fuerzas conocidas como fuerzas autoexcitadas y que tienen más que ver con un fenómeno de retroalimentación. 

  Aparte del caso erróneo del puente Tacoma, han existido numerosas estructuras que han sufrido este fenómeno.





  En el año 2006, mientras se construía un puente sobre el río Tajo en la autovía de la Plata, la estructura metálica del futuro puente de Arcos de Alconétar comenzó a cimbrearse de manera espectacular. La estructura del puente entró en una especie de oscilación sin control.


 Finalmente,  los ingenieros tomaron el control y solucionaron el problema. Dicha solución  fue tunearlo (soldar unas solapas metálicas a lo largo de todo el arco, de manera que consiguieron 'engañar' al aire y que no se produjese el denominado 'efecto túnel de viento', que causaba la vibración excesiva).

  El Puente del Milenio, un puente de suspensión lateral que une el distrito financiero de Londres con la zona de Bankside, al sur del río, abrió el 10 de junio del 2000, y miles de peatones se concentraron sobre él. Al principio, el puente estaba inmóvil, luego empezó a oscilar sólo ligeramente. El tambaleo se intensificó y de repente las personas se encontraron  ladeándose a cada paso, izquierdo, derecho, en un sincronismo involuntario casi perfecto.

 Los militares saben, desde hace mucho tiempo, que las tropas a paso de marcha pueden crear suficiente fuerza en sentido vertical para destruir un puente, y es  normal para los soldados romper el paso al cruzarlos, pero el problema, en este caso, no es el mismo. Aquí, el movimiento era lateral, y nadie estaba intentando caminar a paso de marcha; las personas acomodaron sus pasos al movimiento del puente bajo sus pies. 

  Desde el comienzo, el puente tenía dos factores en su contra: era por diseño una estructura flexible, y su frecuencia natural de resonancia está cerca de la del paso humano. Por eso sólo se necesitaba un gentío relativamente pequeño para disparar el bamboleo. El Puente del Milenio volvió a abrir en el 2002, después de que los ingenieros lo ajustaran con 91 amortiguadores para absorber las oscilaciones laterales y verticales.  

Destrucción completa en menos de 40 segundos

  El LZ 129 Hindenburg fue un dirigible alemán tipo zepelín. Los dirigibles son aerostatos autopropulsados con capacidad de maniobra para ser manejado como una aeronave. La sustentación aerostática se logra mediante depósitos llenos de un gas de menor densidad a la atmósfera circundante, a través del Principio de Arquímedes.

 Este zepelín estaba completamente hecho de duraluminio.  Ha sido la aeronave más grande jamás construida con 200.000 m³ de gas,  245 metros de largo y 41 metros de diámetro. Alcanzaba una velocidad máxima de 135 km/h. 

  Se construyó con algodón, barnizado con óxido de hierro y acetato-butirato de celulosa impregnado de polvo de aluminio. El polvo de aluminio y el óxido de hierro forman una mezcla llamada termita, la cual es un tipo de composición pirotécnica de aluminio y un óxido metálico. El aluminio es oxidado por el óxido de otro metal, comúnmente por óxido de hierro. Los productos de la reacción química son: óxido de aluminio + hierro elemental libre y una gran cantidad de calor, por lo
que la termita es altamente inflamable.

Se diseñó para ser llenado y elevado con Helio, que es un gas inerte, no inflamable, pero un embargo del ejercito de EEUU  de este elemento obligó a los alemanes a  adaptarlo para usar Hidrógeno, el cual es el gas más inflamable conocido. Los alemanes tenían un gran dominio del uso de este gas. Aún así, para mayor seguridad, se trató la envoltura del dirigible para que no acumulara electricidad estática y saltaran chispas. 

  El 6 de mayo de 1937 a las 19:25, el Hindenburg  partía de Nueva Jersey. Ya había largado los amarres y se acercaba a la torre, cuando se observó a popa un destello de fuego de San Telmo (pequeñas chispas o descargas eléctricas minúsculas que saltan de los objetos punzantes y metálicos, todos aquellos objetos buenos conductores de la electricidad empiezan a desprender pequeños chasquidos) puesto que había tormenta y en el aire había carga eléctrica. 

  Repentinamente, se prendió fuego en la parte superior de la popa, extendiéndose casi instantáneamente por todo el dirigible mientras la estructura caía lentamente sobre los pasajeros que saltaban desde una altura de 15 m y marinos que ayudaban en las maniobras. Quedó destruido por completo en menos de 40 segundos.

  A pesar de lo impactante del desastre, de las 97 personas que había a bordo solo 35 murieron, la mayoría de ellas quemadas o aplastadas bajo la estructura. En concreto, de los 36 pasajeros y 61 personas de la tripulación, 13 y 22 personas murieron, respectivamente. Muchos de los tripulantes y pasajeros se salvaron gracias a la rotura de los tanques de agua, que cayó sobre ellos, salvándolos de las llamas. 

  Recientes investigaciones han sugerido que el fuego, aunque causado principalmente por el hidrógeno del dirigible, pudo haberse visto favorecido por el revestimiento del Hindenburg a base de nitrato de celulosa (pólvora) impermeabilizado y protegido con termita. Esto aceleraría el fuego, pudiendo alcanzar específicamente temperaturas de hasta 3.000 °C.

"Las dantescas imágenes de pasajeros saltando del coloso en llamas, el infierno y el horror desencadenados en tan breve tiempo y la desgarrada narración radiofónica del locutor Herbert Morrison retransmitiendo el dantesco espectáculo que estaba presenciando dieron la vuelta al mundo generando una enorme desconfianza y rechazo a este tipo de transporte. Tras el desastre del Hindenburg se inicio una investigación sobre lo ocurrido que termino con la orden de Adolf Hitler de cerrar la flota de dirigibles comerciales".

http://fotografiaaerea.wordpress.com/2011/02/21/dirigible-aleman-hindenburg/