Innanzitutto: cos'è la barriera del suono?
La "barriera del suono" si riferisce al punto in cui un oggetto viaggia alla velocità del suono, nota anche come Mach 1. Il suono si propaga come onde di pressione attraverso un mezzo come l'aria e la sua velocità dipende da fattori come la temperatura e l'altitudine. Al livello del mare, la velocità del suono è di circa 1.225 chilometri orari (761 miglia orarie). Quando un oggetto si avvicina a questa velocità, incontra un drastico aumento della resistenza aerodinamica e della turbolenza: un tempo si pensava che questo fenomeno costituisse una "barriera" invalicabile.“Superare la barriera del suono e rendere visibili le onde d'urto.
La NASA ha utilizzato la tecnica della fotografia Schlieren per catturare le rivoluzionarie immagini aria-aria che mostrano l'interazione delle onde d'urto generate da due aerei supersonici in volo in formazione ravvicinata. L'immagine ritrae due jet T-38 della US Air Force Test Pilot School, che volano a circa 9 metri di distanza l'uno dall'altro a velocità superiori alla barriera del suono. Mentre fendevano l'aria, le loro onde d'urto – responsabili dei familiari boati sonici che si sentono a terra – sono state registrate visivamente con una straordinaria nitidezza. Originariamente monocromatica, l'immagine è stata successivamente colorata per migliorarne la chiarezza e l'impatto. Questa straordinaria istantanea faceva parte di una serie di voli supersonici volti ad approfondire la nostra comprensione di come le onde d'urto interagiscono sia con i gas di scarico degli aerei sia tra di loro.
volo supersonico
Il volo supersonico si verifica quando un aereo viaggia più veloce della velocità del suono, in genere da Mach 1 a Mach 5. Gli aerei progettati per questo scopo, come il Concorde o i jet militari come il F-22 Raptor, affronta sfide uniche:- onde d'urtoQuando un aereo vola a velocità supersonica, si formano delle onde d'urto attorno ad esso, che influenzano l'aerodinamica e creano resistenza.
- CaloreL'attrito con le molecole d'aria genera un calore intenso, rendendo necessari materiali speciali in grado di resistere alle alte temperature.
- EfficienzaLe velocità supersoniche consumano enormi quantità di carburante, motivo per cui gli aerei di linea supersonici sono stati infine ritirati dal servizio a causa dei costi elevati.
...e siccome queste foto sono così affascinanti, eccone un'altra! Ben fatto, NASA!
Come funziona la fotografia Schlieren?
La fotografia Schlieren è una tecnica affascinante utilizzata per visualizzare le variazioni di densità di fluidi trasparenti come l'aria. Queste variazioni di densità sono spesso causate da variazioni di pressione, temperatura o onde d'urto, come quelle generate da oggetti che si muovono a velocità supersoniche. Ecco come funziona:Principi chiave
- Rifrazione della luceQuando la luce attraversa un mezzo con densità variabile, si piega (si rifrange) perché la sua velocità cambia leggermente a seconda della densità del mezzo.
- Configurazione otticaI sistemi Schlieren utilizzano una sorgente luminosa puntiforme, specchi e lenti per rendere visibili queste minuscole variazioni nella direzione della luce.
Come funziona
- Sorgente luminosaUna sorgente luminosa puntiforme, come un piccolo LED o un laser, emette luce che attraversa un mezzo trasparente.
- Specchio o lenteUno specchio o una lente concava focalizza la luce in fasci paralleli, che poi attraversano l'area di interesse, come ad esempio l'aria attorno a un'onda d'urto.
- Disturbi di densitàSe si verificano variazioni nella densità dell'aria (ad esempio, a causa di un'onda d'urto), la luce che attraversa quelle zone si piegherà leggermente.
- Lama o filtroNel punto focale, un piccolo ostacolo (come il filo di una lama) blocca parte della luce. Questo accentua le differenze di intensità luminosa, facendo risaltare la luce rifratta.
- Immagine risultanteUna telecamera cattura il pattern di luce distorto, rivelando i gradienti di densità nel mezzo. Questi gradienti appaiono come regioni chiare e scure, mostrando fenomeni come onde d'urto o flussi di calore.
Ed ecco un'ultima cosa. Cavolo, NASA, siete fantastici!
Applicazioni
La fotografia Schlieren è ampiamente utilizzata in:- AerodinamicaStudiare le onde d'urto, il flusso d'aria e i pennacchi di calore attorno ad aerei o razzi ad alta velocità.
- Ingegneria: Per la visualizzazione del flusso di calore e di fluidi nella ricerca e sviluppo.
- Scienza e medicina: Per osservare la dinamica dei gas, come il movimento dell'aria riscaldata attorno agli oggetti.
...tanto per dire'
MiGFlug è riuscito a mostrare il momento in cui il MiG-29 ha infranto la barriera del suono durante un volo passeggeri di un aereo da cacciaSenza fotografia Schlieren, ma con normali videocamere! Guardate attentamente, riuscite a vederlo?Domande correlate
Cos'è la barriera del suono?
La "barriera del suono" è il punto in cui un aereo raggiunge la velocità del suono, Mach 1, ovvero circa 1.225 km/h (761 mph) al livello del mare. Avvicinandosi a questa soglia, gli aerei incontrano un brusco aumento della resistenza aerodinamica e della turbolenza che i primi ingegneri temevano costituisse una barriera invalicabile, finché non fu superata per la prima volta nel 1947.
Cos'è la fotografia Schlieren?
La fotografia Schlieren è una tecnica che rende visibili le differenze di densità dell'aria, consentendo di fotografare le onde d'urto altrimenti invisibili attorno a oggetti in rapido movimento. La NASA ha utilizzato una versione avanzata aria-aria per catturare le onde d'urto supersoniche generate dagli aerei in volo.
Come ha fatto la NASA a fotografare le onde d'urto supersoniche?
La NASA ha utilizzato la tecnica di imaging Schlieren per fotografare due jet T-38 della Scuola Piloti Collaudatori dell'Aeronautica Militare statunitense mentre volavano a velocità supersonica a circa 9 metri di distanza l'uno dall'altro. Il risultato ha mostrato come interagiscono le onde d'urto generate dai due velivoli: dati che aiutano gli ingegneri a progettare aerei supersonici più silenziosi.
Che cos'è un boom sonico?
Il boom sonico è il forte rumore simile a un tuono che si crea quando un aereo viaggia a velocità supersonica, e le sue onde d'urto raggiungono il suolo. Ridurre questo boom è uno degli obiettivi principali della moderna ricerca supersonica, ed è per questo che visualizzare le onde d'urto, come nelle immagini della NASA, è così importante.
Perché gli ingegneri vogliono vedere le onde d'urto?
La visualizzazione delle onde d'urto mostra esattamente come si formano e si fondono le onde di pressione attorno a un aereo, guidando la progettazione di aerei che producono boom più morbidi. Questa ricerca potrebbe un giorno consentire il volo supersonico sopra la terraferma, ravvivando un'ambizione non vista dai tempi dei jet veloci come il SR-71 Blackbird.
Quale aereo ha superato per primo la barriera del suono?
Il Bell X-1, pilotato da Chuck Yeager, divenne il primo aereo a superare la barriera del suono in volo orizzontale il 14 ottobre 1947. Questa pietra miliare aprì l'era supersonica e portò alla ricerca su macchine come il razzo X-15.
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