The sonic boom problem - Katerina Kaouri

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

Humans have been fascinated with speed for ages.

Os seres humanos sentem-se fascinados pela velocidade, desde há séculos.

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

A história do progresso humano confunde-se com a da velocidade

sempre em crescimento.

and one of the most important achievements in this historical race

Uma das realizações mais importantes nesta 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 com êxito dos aviões,

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

os pilotos ansiavam por fazer voar os seus aviões cada vez mais depressa.

But as they did so, increased turbulence

Mas à medida que isso acontecia, a turbulência aumentava

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

e forças importantes no avião impediam-nos de acelerar ainda mais.

Some tried to circumvent the problem through risky dives,

Alguns tentaram rodear o problema através de mergulhos arriscados,

often with tragic results.

muitas vezes com resultados trágicos.

Por fim, em 1947, os melhoramentos de conceção,

Finally, in 1947, design improvements,

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

como um estabilizador horizontal móvel, uma cauda totalmente móvel,

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,

voasse no Bell X-1

a 1127 km/hora,

becoming the first person to break the sound barrier

tornando-se na primeira pessoa a quebrar a barreira do som

and travel faster than the speed of sound.

e a viajar mais depressa do que a velocidade do som.

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

O Bell X-1 foi o primeiro de muitos aviões supersónicos que se seguiram

with later designs reaching speeds over Mach 3.

com "designs" posteriores que atingiam velocidades acima de Mach 3.

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave

Os aviões que voam a uma velocidade supersónica criam uma onda de choque

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

com um barulho de trovão conhecido por estrondo sónico,

which can cause distress to people and animals below

que pode causar perturbações a pessoas e animais lá em baixo

or even damage buildings.

ou até danificar edifícios.

Por essa razão,

For this reason,

scientists around the world have been looking at sonic booms,

os cientistas em todo o mundo têm estudado os estrondos sónicos

trying to predict their path in the atmosphere,

tentando prever o seu percurso na atmosfera,

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

onde vão aterrar e até que ponto são fortes.

To better understand how scientists study sonic booms,

Para melhor perceber como os cientistas estudam os estrondos sónicos,

let's start with some basics of sound.

comecemos com algumas noções básicas do som.

Imagine throwing a small stone in a still pond.

Imaginem atirar uma pequena pedra para uma lagoa tranquila.

What do you see?

O que é que veem?

The stone causes waves to travel in the water

A pedra provoca ondas que viajam pela água

at the same speed in every direction.

à mesma velocidade e na mesma direção.

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

Esses círculos que vão aumentando de raio, chamam-se frentes de onda.

Similarly, even though we cannot see it,

Do mesmo modo, apesar de não a vermos,

a stationary sound source, like a home stereo,

uma fonte sonora parada, como uma estereofonia caseira,

creates sound waves traveling outward.

cria ondas de som que se vão alargando.

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 que atravessam.

A nível do mar, o som viaja a cerca de 1225 km/hora.

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

But instead of circles on a two-dimensional surface,

Mas, em vez dos círculos numa superfície bidimensional,

the wave fronts are now concentric spheres,

as frentes de onda são agora esferas concêntricas,

with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

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

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

Agora imaginem uma fonte móvel de som, como o apito de um comboio.

À medida que essa fonte continua a mover-se numa certa direção,

As the source keeps moving in a certain direction,

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

as sucessivas frentes de ondas à frente dela

aproximam-se e apertam-se cada vez mais.

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

Este aumento da frequência das ondas é a causa do famoso efeito Doppler

where approaching objects sound higher pitched.

em que o som dos objetos que se aproximam parece mais agudo.

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

Mas, à medida que a fonte se move mais devagar do que as ondas de som

they will remain nested within each other.

vão ficando encaixadas umas nas outras.

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

É quando um objeto se move supersonicamente,

ou seja, mais depressa do que o som que produz,

that the picture changes dramatically.

que o quadro muda radicalmente.

As it overtakes sound waves it has emitted,

À medida que ultrapassa as ondas de som que emitiu

while generating new ones from its current position,

enquanto vai gerando ondas de som na sua nova posição,

the waves are forced together, forming a Mach cone.

as ondas são empurradas umas contra as outras

formando um cone de Mach.

No sound is heard as it approaches an observer

Quando se aproxima de um observador, não se ouve nenhum som

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

porque o objeto está a viajar mais depressa do que o som que produz.

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

Só depois de o objeto passar é que o observador ouve o estrondo sónico.

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

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

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

deixando um rasto conhecido por passadeira de estrondo, quando avança.

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

Isto torna possível determinar a área afetada por um estrondo sónico.

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

Como é que se descobre até que ponto será forte um estrondo sónico?

This involves solving the famous Navier-Stokes equations

Isso envolve resolver as famosas equações Navier-Stokes

to find the variation of pressure in the air

para determinar a variação da pressão no ar

due to the supersonic aircraft flying through it.

devida ao avião supersónico que o atravessa.

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

O resultado é uma curva de pressão conhecida por 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,

O estrondo sónico ocorre quando há uma mudança súbita na 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 a inicial subida de pressão no nariz do avião

and another for when the tail passes,

e outra para quando passa a cauda,

e a pressão volta, subitamente, ao normal.

and the pressure suddenly returns to normal.

Isso provoca um duplo estrondo

This causes a double boom,

mas, habitualmente, os ouvidos humanos só ouvem um único estrondo.

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

In practice, computer models using these principles

Na prática, os modelos de computador que usam estes princípios,

can often predict the location and intensity of sonic booms

podem prever a localização e a intensidade dos estrondos sónicos

para determinadas condições atmosféricas e trajetórias de voos

for given atmospheric conditions and flight trajectories,

and there is ongoing research to mitigate their effects.

e há investigação em curso para minimizar os seus efeitos.

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

Entretanto, o voo supersónico sobre terra é proibido.

So, are sonic booms a recent creation?

Então, os estrondos sónicos são uma criação recente?

Not exactly.

Não propriamente.

While we try to find ways to silence them,

Enquanto tentamos descobrir forma de os silenciar,

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

há animais que têm usado os estrondos sónicos em seu proveito.

The gigantic Diplodocus may have been capable of cracking its tail

O gigantesco Diplodocus deve ter conseguido estalar a sua cauda

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

mais depressa do que o som, a mais de 1200 km/hora,

possivelmente para deter predadores.

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

Certos caranguejos também podem criar uma onda de choque semelhante

debaixo de água,

stunning or even killing pray at a distance

atordoando ou matando a presa à distância,

with just a snap of their oversized claw.

apenas com um estalo da sua garra descomunal.

So while we humans have made great progress

Embora os seres humanos tenham feito grandes progressos

in our relentless pursuit of speed,

na sua incansável procura da velocidade,

it turns out that nature was there first.

acontece que a Natureza chegou lá primeiro.