The sonic boom problem - Katerina Kaouri

O problema do estrondo sônico - Katerina Kaouri

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Nadja Nathan

Humans have been fascinated with speed for ages.

Os humanos sempre foram fascinados pela velocidade.

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

A história do progresso humano é a da velocidade sempre crescente,

and one of the most important achievements in this historical race

e uma das mais importantes conquistas desta corrida histórica

was the breaking of the sound barrier.

foi a quebra da barreira do som.

Not long after the first successful airplane flights,

Pouco tempo depois dos primeiros voos bem-sucedidos,

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

os pilotos desejavam acelerar suas aeronaves cada vez mais.

But as they did so, increased turbulence

Mas quando o faziam, o aumento da turbulência

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

e enormes forças sobre o avião impediam que eles acelerassem demais.

Some tried to circumvent the problem through risky dives,

Alguns tentaram contornar o problema por meio de mergulhos arriscados,

often with tragic results.

quase sempre com resultados trágicos.

Finally, in 1947, design improvements,

Finalmente, em 1947, aperfeiçoamentos de projetos

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

tais como um estabilizador horizontal móvel,

uma cauda com mobilidade total,

allowed an American military pilot named Chuck Yeager

permitiram que um piloto militar americano,

chamado Chuck Yeager,

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

conduzisse o Bell X-1 a 1.127 km/h,

becoming the first person to break the sound barrier

tornando-se o primeiro a quebrar a barreira do som

and travel faster than the speed of sound.

e voar com velocidade maior do que a do som.

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

O Bell X-1 foi a primeira de muitas aeronaves supersônicas que se seguiram,

with later designs reaching speeds over Mach 3.

sendo que os projetos mais recentes atingiram velocidade maior que Mach 3.

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave

Uma aeronave que se desloca com velocidade supersônica

cria uma onda de choque

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

com um barulho semelhante ao de um trovão, chamado de estrondo,

which can cause distress to people and animals below

que pode causar estresse em pessoas e animais no solo

or even damage buildings.

e até estragos em edificações.

For this reason,

Por esta razão,

cientistas de todo o mundo pesquisam o estrondo sônico,

scientists around the world have been looking at sonic booms,

trying to predict their path in the atmosphere,

tentando prever seu percurso na atmosfera,

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

qual local ele vai atingir, e a intensidade que terá.

To better understand how scientists study sonic booms,

Para entender melhor

como os cientistas estudam o estrondo sônico,

let's start with some basics of sound.

comecemos com os fundamentos do som.

Imagine throwing a small stone in a still pond.

Imagine jogar um pedrinha nas águas calmas de um lago.

What do you see?

O que se vê?

The stone causes waves to travel in the water

A pedra faz as ondas se deslocarem na água

at the same speed in every direction.

com a mesma velocidade, em todas as direções.

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

Esses círculos que aumentam de raio são chamados de frentes de onda.

Similarly, even though we cannot see it,

Analogamente, embora não possamos vê-las,

a stationary sound source, like a home stereo,

uma fonte de som estacionária, como um aparelho de som estéreo,

creates sound waves traveling outward.

cria ondas de som que se propagam no ambiente.

The speed of the waves depends on factors

A velocidade das ondas depende de fatores

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

como a altitude e a temperatura do ar pelo qual se propagam.

Ao nível do mar, o som viaja a cerca de 1.225 km/h.

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

Mas no lugar de círculos em uma superfície bidimensional,

But instead of circles on a two-dimensional surface,

the wave fronts are now concentric spheres,

as frentes de onda sonoras são esferas concêntricas,

with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

e o som se propaga ao longo de raios perpendiculares a essas ondas.

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

Imagine uma fonte de som que se desloca, como o apito de um trem.

Enquanto a fonte se desloca em uma certa direção,

As the source keeps moving in a certain direction,

as ondas sucessivas lá na frente vão se aglomerando cada vez mais.

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

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

Esta maior frequência de onda é a causa do famoso efeito Doppler,

where approaching objects sound higher pitched.

pelo qual objetos que se aproximam têm som mais agudo.

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

Enquanto a fonte se deslocar mais lentamente do que as ondas de som,

they will remain nested within each other.

estas ficarão aninhadas dentro das outras.

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

Quando a velocidade for supersônica,

se deslocar mais rápido do que o som que ele gera,

that the picture changes dramatically.

a situação muda dramaticamente.

As it overtakes sound waves it has emitted,

Quando ultrapassar as ondas de som que ele mesmo emitiu,

while generating new ones from its current position,

enquanto cria novas, a partir da posição momentânea,

the waves are forced together, forming a Mach cone.

as ondas são comprimidas e formam o cone de Mach.

No sound is heard as it approaches an observer

Nenhum som é ouvido quando ele se aproxima de um observador

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

porque o objeto se desloca mais rápido do que o som que ele produz.

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

Só depois que o objeto tiver passado, o observador ouvirá o estrondo sônico.

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

Quando o cone de Mach atinge o solo, ele forma uma hipérbole,

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

deixando um rastro, o tapete de estrondo, enquanto ele avança.

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

Isto possibilita determinar a área afetada pelo estrondo sônico.

Como calcular a intensidade do estrondo?

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

This involves solving the famous Navier-Stokes equations

Isto requer resolver as famosas equações de Navier-Stokes

to find the variation of pressure in the air

para determinar a variação da pressão de ar

provocada pelo deslocamento supersônico da aeronave dentro dele.

due to the supersonic aircraft flying through it.

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

Isto resulta numa assinatura de pressão conhecida com onda-N.

What does this shape mean?

O que significa esta forma?

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

A onda supersônica acontece quando há uma mudança súbita de pressão,

and the N-wave involves two booms:

e a onda-N envolve dois estrondos:

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

um para o aumento inicial da pressão no nariz da aeronave,

and another for when the tail passes,

e outro quando a cauda passa,

and the pressure suddenly returns to normal.

e a pressão subitamente volta ao normal.

Isto causa um estrondo duplo,

This causes a double boom,

Mas normalmente é percebido como um único estrondo pelo ouvido humano.

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

In practice, computer models using these principles

Na prática, modelos computacionais que usam estes princípios

can often predict the location and intensity of sonic booms

podem, com frequência, prever

a localização e a intensidade de estrondos sônicos

para determinadas condições atmosféricas e trajetórias de voo,

for given atmospheric conditions and flight trajectories,

and there is ongoing research to mitigate their effects.

e há pesquisa em curso para mitigar seus efeitos.

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

Enquanto isso, o voo supersônico sobre os continentes continua proibido.

So, are sonic booms a recent creation?

Então, os estrondos sônicos são uma invenção recente?

Not exactly.

Não exatamente.

Enquanto tentamos torná-los mais silenciosos,

While we try to find ways to silence them,

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

alguns animais tiram vantagem do estrondo sônico.

The gigantic Diplodocus may have been capable of cracking its tail

O gigantesco diplodoco pode ter sido capaz de golpear com sua cauda

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

mais rápido do que o som, perto de 1.200 km/h,

possivelmente para deter predadores.

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

Alguns tipos de camarão também criam uma onda de choque semelhante na água,

stunning or even killing pray at a distance

desorientando ou até matando presas à distância,

with just a snap of their oversized claw.

apenas fechando rapidamente suas enormes pinças.

So while we humans have made great progress

Enquanto os humanos fizeram grande progresso

in our relentless pursuit of speed,

na incansável busca pela velocidade,

it turns out that nature was there first.

descobre-se que a natureza chegou lá primeiro.