The sonic boom problem - Katerina Kaouri

Il problema del boom sonico - Katerina Kaouri

Traduttore: Simone Guarnacci Revisore: Giulio Calza

Humans have been fascinated with speed for ages.

L'uomo è stato per secoli affascinato dalla velocità.

The history of human progress is one of ever-increasing velocity,

Quella dei progressi umani è una storia di sempre maggiore velocità,

and one of the most important achievements in this historical race

e uno dei più importanti traguardi in questa storica gara

was the breaking of the sound barrier.

è stato quello di abbattere la barriera del suono.

Not long after the first successful airplane flights,

Poco dopo i primi voli aerei

pilots were eager to push their planes to go faster and faster.

i piloti furono ansiosi di spingere i loro mezzi ad andare sempre più veloci.

But as they did so, increased turbulence

Ma così facendo, aumentava la turbolenza

and large forces on the plane prevented them from accelerating further.

e forze maggiori sull'aereo

impedivano loro di accelerare ulteriormente.

Some tried to circumvent the problem through risky dives,

Alcuni cercarono di superare il problema con picchiate rischiose,

often with tragic results.

spesso con risultati tragici.

Finally, in 1947, design improvements,

Infine, nel 1947, migliorie di ideazione

such as a movable horizontal stabilizer, the all-moving tail,

come lo stabilizzatore orizzontale mobile, la coda a pieno movimento

allowed an American military pilot named Chuck Yeager

permisero a un pilota militare americano di nome Chuck Yeager

to fly the Bell X-1 aircraft at 1127 km/h,

di volare con il velivolo Bell X-1 a 1127 km/h

becoming the first person to break the sound barrier

diventando la prima persona a rompere la barriera del suono

and travel faster than the speed of sound.

e viaggiare più rapido della velocità del suono.

The Bell X-1 was the first of many supersonic aircraft to follow,

Il Bell X-1 fu il primo di una lunga serie di velivoli supersonici

with later designs reaching speeds over Mach 3.

con progetti successivi che raggiunsero velocità superiori a Mach 3.

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave

Un velivolo che viaggia a velocità supersonica crea un'onda d'urto

with a thunder-like noise known as a sonic boom,

con un rumore simile al tuono noto come boom sonico

which can cause distress to people and animals below

che può dare fastidio alle persone e agli animali che sono a terra

or even damage buildings.

o anche danneggiare gli edifici.

For this reason,

Perciò,

gli scienziati nel mondo hanno indagato sui boom sonici

scientists around the world have been looking at sonic booms,

trying to predict their path in the atmosphere,

cercando di predire il loro percorso nell'atmosfera,

where they will land, and how loud they will be.

dove atterreranno, e quanto saranno rumorosi.

To better understand how scientists study sonic booms,

Per capire meglio come gli scienziati studiano i boom sonici,

let's start with some basics of sound.

iniziamo con qualche nozione di base sul suono.

Imagine throwing a small stone in a still pond.

Immaginate di lanciare una piccola pietra in uno stagno con acqua ferma.

What do you see?

Cosa vedete?

The stone causes waves to travel in the water

La pietra crea delle onde che viaggiano nell'acqua

at the same speed in every direction.

alla stessa velocità in ogni direzione.

These circles that keep growing in radius are called wave fronts.

Questi cerchi che continuano a crescere di raggio si chiamano fronti dell'onda.

Similarly, even though we cannot see it,

Allo stesso modo, anche se non la vediamo

a stationary sound source, like a home stereo,

una fonte sonora fissa, come uno stereo in casa

creates sound waves traveling outward.

crea delle onde sonore che viaggiano verso l'esterno.

The speed of the waves depends on factors

La velocità delle onde dipende da fattori

like the altitude and temperature of the air they move through.

quali l'altitudine e la temperatura dell'aria attraverso cui si muovono.

At sea level, sound travels at about 1225 km/h.

Al livello del mare, il suono viaggia a circa 1225 km/h.

But instead of circles on a two-dimensional surface,

Ma invece di cerchi su una superficie bi-dimensionale,

the wave fronts are now concentric spheres,

i fronti dell'onda sono adesso sfere concentriche,

with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

con il suono che viaggia lungo raggi perpendicolari a queste onde.

Now imagine a moving sound source, such as a train whistle.

Immaginate ora una fonte sonora in movimento, come il fischio di un treno.

As the source keeps moving in a certain direction,

Mentre la fonte continua a muoversi in una certa direzione,

the successive waves in front of it will become bunched closer together.

le onde successive di fronte ad essa si raggrupperanno più vicine.

This greater wave frequency is the cause of the famous Doppler effect,

Questa maggiore frequenza d'onde è la causa del famoso effetto Doppler,

where approaching objects sound higher pitched.

per cui gli oggetti che si avvicinano hanno tono sonoro più alto

But as long as the source is moving slower than the sound waves themselves,

Ma finchè la fonte sonora si muove più piano che le onde stesse,

they will remain nested within each other.

resteranno annidate l'una nell'altra

It's when an object goes supersonic, moving faster than the sound it makes,

Quando un oggetto diviene supersonico, viaggiando più veloce del suono che fa,

that the picture changes dramatically.

la situazione cambia drasticamente.

As it overtakes sound waves it has emitted,

Mentre supera le onde sonore che ha emesso

while generating new ones from its current position,

ne genera di nuove dalla posizione attuale

the waves are forced together, forming a Mach cone.

le onde vengono costrette ad assemblarsi formando un cono Mach.

No sound is heard as it approaches an observer

Non si sentono suoni quando l'oggetto si avvicina

because the object is traveling faster than the sound it produces.

poichè viaggia più veloce del suono che produce.

Only after the object has passed will the observer hear the sonic boom.

Solo dopo che l'oggetto è passato l'osservatore sentirà il boom sonico.

Where the Mach cone meets the ground, it forms a hyperbola,

Dove il cono Mach incontra il terreno, forma un'iperbole

leaving a trail known as the boom carpet as it travels forward.

lasciando al suo passaggio una traccia nota come "tappeto di rimbombo"

This makes it possible to determine the area affected by a sonic boom.

Ciò rende possibile determinare l'area interessata dal boom sonico.

What about figuring out how strong a sonic boom will be?

Come si fa a capire quanto sarà forte un boom sonico?

This involves solving the famous Navier-Stokes equations

Bisogna risolvere le famose equazioni di Navier-Stokes

to find the variation of pressure in the air

per trovare la variazione della pressione nell'aria

due to the supersonic aircraft flying through it.

dovuta al velivolo supersonico che ci vola attraverso.

This results in the pressure signature known as the N-wave.

Ne deriva la il segno della pressione noto come onda-N.

What does this shape mean?

Cosa vuol dire questa forma?

Well, the sonic boom occurs when there is a sudden change in pressure,

Il boom sonico si verifica in presenza di un improvviso cambiamento di pressione

and the N-wave involves two booms:

e l'onda-N implica due boom:

one for the initial pressure rise at the aircraft's nose,

uno per l'iniziale innalzamento di pressione all'estremità del velivolo,

and another for when the tail passes,

e un altro quando passa la coda,

and the pressure suddenly returns to normal.

e la pressione improvvisamente ritorna normale.

This causes a double boom,

Ciò causa un doppio boom,

but it is usually heard as a single boom by human ears.

ma viene solitamente sentito dall'orecchio umano come singolo.

In practice, computer models using these principles

In pratica, i computer usando questi principi creano modelli

can often predict the location and intensity of sonic booms

che spesso possono predire luogo e intensità dei boom sonici

for given atmospheric conditions and flight trajectories,

date certe condizioni atmosferiche e traiettorie di volo,

and there is ongoing research to mitigate their effects.

la ricerca per mitigare i loro effetti è costante.

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

Intanto il volo supersonico sopra la terraferma rimane vietato.

So, are sonic booms a recent creation?

Ma allora, i boom sonici sono un'invenzione recente?

Not exactly.

Non proprio.

While we try to find ways to silence them,

Mentre cerchiamo soluzioni per renderli silenziosi,

a few other animals have been using sonic booms to their advantage.

alcuni animali li hanno usati a loro vantaggio.

The gigantic Diplodocus may have been capable of cracking its tail

Il gigante Diplodoco potrebbe essere stato capace di schioccare la sua coda

faster than sound, at over 1200 km/h, possibly to deter predators.

più veloce del suono, a oltre 1200 km/h, probabilmente per spaventare i predatori.

Some types of shrimp can also create a similar shock wave underwater,

Anche alcuni tipi di gamberetti possono creare

una simile onda d'urto sott'acqua

stunning or even killing pray at a distance

stordendo o anche uccidendo le prede a distanza

with just a snap of their oversized claw.

con appena uno schiocco della loro enorme chela.

So while we humans have made great progress

Mentre noi umani abbiamo fatto grandi progressi

in our relentless pursuit of speed,

nella nostra ostinata ricerca di velocità

it turns out that nature was there first.

a quanto pare la natura è arrivata prima.