ESTUDO DA ONDA DE CHOQUE CAUSADA POR UM AVIÃO SUPERSÔNICO

CENTRO UNIVERSITÁRIO FACVEST – UNIFACVEST

GUILHERME JOSÉ ALMEIDA DO VALE

DIONATA DE ANDRADE VELHO

ESTUDO DA ONDA DE CHOQUE CAUSADA POR UM AVIÃO SUPERSÔNICO

Lages, SC

2016

CENTRO UNIVERSITÁRIO FACVEST – UNIFACVEST

GUILHERME JOSÉ ALMEIDA DO VALE

DIONATA DE ANDRADE VELHO

ESTUDO DA ONDA DE CHOQUE CAUSADA POR UM AVIÃO SUPERSÔNICO

Artigo científico apresentado por Guilherme José Almeida do Vale e Dionata de Andrade Velho, ao Centro Universitário Facvest, como um dos requisitos para a conclusão da matéria de Dinâmica dos Gases.

Orientador: Professor Reny Aldo Henne

Lages, SC

2016

RESUMO

        Velocidades altas são essenciais em certos ramos da aviação militar. Interceptadores precisam ser rápidos para abordarem uma aeronave inimiga antes que essa despeje seus armamentos. Já aviões de reconhecimento e espionagem aérea precisam voar rápido para colher seus dados e deixar a área antes de serem detectados e abatidos. Mas para alcançarem essas velocidades foram necessários anos de estudo de dinâmica dos gases, aerodinâmica e muito protótipos. Esses aviões quando ultrapassam a velocidade do som criam uma onda de choque que impressiona ao mesmo tempo que assusta as pessoas que a vêem. Esse artigo tem como objetivo demonstrar a teoria básica por trás da onda de choque criada por esses aviões supersônicos.

Palavras-chave: dinâmica dos gases, fluídos, velocidade, supersônico, avião, militar.

ABSTRACT

High speeds are essential in certain branches of military aviation. Interceptors need to be quick to board an enemy aircraft before it dumps its armaments. Already reconnaissance aircraft and aerial espionage need to fly fast to collect their data and leave the area before being detected and shot down. But to achieve these speeds it took years of study of gas dynamics, aerodynamics, and a lot of prototypes. When these planes surpass the speed of the sound they create a shock wave that impresses at the same time that it scares the people who see it. This article aims to demonstrate the basic theory behind the shockwave created by these supersonic aircraft.

Keywords: dynamics of gases, fluids, speed, supersonic, airplane, military.

SUMÁRIO

[pic 1]

1. INTRODUÇÃO …………………………………………………………………………….
2. VELOCIDADES SUPERSÔNICAS .......………………………………………………

1.  Comportamento físico…………………………………….…………………………

1. ONDAS DE CHOQUE ...........………………………………………………………….

1. Formação………………………….……………..…………………………………..
2.  Exemplos ………………………….…………..……………………………………..

1. AVIÕES SUPERSÔNICOS ..............................……………………………………….
2. CONCLUSÃO ……………………………………………………………………………

REFERÊNCIAS ……………………………………………………….…………………

1. INTRODUÇÃO

O som, como sabemos, viaja através de ondas, usando um meio de propagação, no nosso caso o ar. Essas ondas são chamadas ondas de pressão e desenvolvem-se da mesma maneira quando jogamos uma pedra sobre um lago. Uma onda circular se forma no ponto em que a pedra atinge o lago e se afasta, expandindo-se a uma velocidade constante. Se atirarmos várias pedras no mesmo ponto em intervalos regulares, formaremos ondas concêntricas.

Quando um objeto qualquer, como um avião, desloca-se na atmosfera, comprime o ar ao seu redor, principalmente à frente. Desta forma cria ondas de pressão, da mesma maneira que a pedra atirada no lago. Quando um avião voa a uma velocidade inferior à do som, as ondas de pressão viajam mais rápido, espalhando-se para todos os lados, inclusive à frente do avião. Assim, o som vai sempre na frente.  Se o avião acelerar para uma velocidade igual a do som (Mach 1), ou seja, da velocidade de deslocamento de suas ondas de pressão, este estará comprimindo o ar à sua frente e acompanhando as ondas de pressão (o seu próprio som) com a mesma velocidade de sua propagação. Isso resulta num acúmulo de ondas no nariz do avião. Se o avião persistir com essa velocidade exata por algum tempo, à sua frente se formaria uma verdadeira muralha de ar, pois todas as ondas formadas ainda continuariam no mesmo lugar em relação ao avião. Esse fenômeno é conhecido como Barreira Sônica. Se o avião continuar a acelerar, ultrapassando a velocidade do som, ele estará deixando para trás as ondas de pressão que vai produzindo.

Um avião só pode atingir velocidades supersônicas se, entre outras coisas, sua aceleração permitir uma passagem rápida pela velocidade de Mach 1 (1.224 km/h ao nível do mar em condições de atmosfera padrão), evitando a formação da Barreira Sônica. Para melhor entendimento desse assunto, serão apresentados a seguir alguns conceitos de dinâmica dos gases.

1. VELOCIDADES SUPERSÔNICAS

Quando um objeto se move a velocidades acima da velocidade do som, significa que está a uma velocidade acima de 1 Ma (1 224 km/h) ou Mach1. Se estiver a 2 Ma (2 448 km/h), Mach2 e assim sucessivamente. Velocidades superiores a 5 Ma (6 120 km/h) ou Mach5, são definidas como hipersônicas.

Os sons são vibrações viajando sob a forma de ondas de pressão em um meio elástico. Nos gases, o som se propaga longitudinalmente em velocidades diferentes, principalmente em função da massa molecular e da temperatura do gás, sendo que a pressão do mesmo exerce pouco efeito sobre a velocidade de propagação.

1.  Comportamento físico

Quando uma fonte sonora está se movendo em direção a um detector estacionário com uma velocidade inferior a velocidade do som, ocorre um efeito conhecido como efeito Doppler, onde as frentes de onda produzidas pela fonte não se sobrepõem às criadas anteriormente. Já, se a fonte viaja a uma velocidade igual a velocidade do som, esta fonte está se movendo tão depressa que acompanha suas próprias frentes de onda como mostra a figura. Para entender o estrondo sônico é necessário lembrar que o som é uma energia transportada por ondas mecânicas, ou seja, uma energia transportada pela oscilação das partículas que formam um meio material. O estrondo sônico é o resultado das ondas de choque formadas no deslocamento de um avião, por exemplo. Quando a velocidade da fonte ultrapassa a velocidade do som, ocorre a onda de choque no chamado cone de Mach, devido a uma superposição das frentes de onda que causa uma elevação e uma queda abrupta da pressão do ar quando a fonte passa por um ponto no espaço. A nuvem formada pela repentina queda na pressão do ar provoca a condensação do vapor e a formação das gotículas de água que compõem a nuvem.