O que é a barreira do som e como funcionam os aviões supersônicos?

Você provavelmente já deve ter visto demonstrações de caças quebrando a barreira do som. Esse fenômeno impressionante pode ser visto em inúmeros vídeos espalhados pela internet, mas com frequência é apresentado às pessoas em eventos públicos e solenidades de alguns países.

Mas o que é o voo supersônico e o que significa quebrar a barreira do som? Como funciona esse efeito capaz de produzir um som tão potente que consegue quebrar vidros, rachar paredes e fazer as pessoas pensarem que estão presenciando um terremoto? Entenda o conceito por trás desse fenômeno incrível e como funcionam os aviões supersônicos.

A propagação do som

Como sabemos, o som viaja como uma onda usando o ar como meio de propagação. O conceito parece abstrato, mas uma analogia facilita a compreensão: ao jogarmos uma pedra em um lago, a onda circular produzida pelo impacto é exatamente o que acontece com o som ao viajar pelo ar.

Se atirarmos várias pedras no mesmo ponto em intervalos regulares, formaremos ondas concêntricas que se expandem em uma velocidade constante. É isso que acontece com um emissor de som, como o avião e seus motores. A velocidade de propagação dessas ondas é o que é chamado de velocidade do som.

Barreira de som

Ao nível do mar, em condições de atmosfera padrão, esta velocidade é de 1.226 km/h – ou 340 m/s, medida que também é bastante utilizada – e diminui com a queda da temperatura do ar. Levando em conta esse conceito, ficou convencionado que, quando um objeto – como um avião – se desloca a uma velocidade igual à do som, ele está voando a "Mach 1". Essa unidade é uma homenagem ao físico austríaco Ernest Mach, que foi o primeiro a conseguir medir a velocidade de propagação do som no ar.

O "Mach 1", o "Mach 2", o "Mach 3", o "Mach 4" e o "Mach 5" (6.130 km/h) nada mais são do que múltiplos da velocidade do som. Acima desse valor, podemos dizer que um objeto atingiu uma velocidade hipersônica, o que só foi possível com alguns caças e aeronaves civis e militares bem específicas.

Quando um objeto qualquer se desloca na atmosfera, ele comprime o ar a sua volta, especialmente aquele que se encontra à sua frente. Assim, são criadas ondas de pressão da mesma maneira que uma pedra que foi atirada em um lago. Se o avião voa a uma velocidade abaixo da 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 à frente, como no item 1 da figura abaixo.

Porém, se o avião acelerar para uma velocidade igual à do som – o tal Mach 1 –, ou seja, da velocidade de deslocamento de suas ondas de pressão, ele estará acompanhando e comprimindo o ar à sua frente (o seu próprio som) com a mesma velocidade de sua propagação – item 2 acima. O resultado disso é um acúmulo de ondas no nariz do avião – item 4 –, ou aquela "camada de ar branca" que se forma à frente do objeto.

Caso o objeto persista com essa velocidade exata por algum tempo, seria formada à sua frente uma verdadeira muralha de ar, pois todas as ondas criadas ainda continuariam no mesmo lugar em relação ao avião. Esse é o fenômeno batizado de "Barreira Sônica".

Quebrando a barreira

Se o avião em questão continuar acelerando, ultrapassando a barreira do som, ele estará deixando para trás as ondas de pressão que vai produzindo – o item 3 na figura anterior. Contudo, o objeto que estiver viajando no ar só poderá atingir velocidade supersônicas se, entre outros motivos, sua aceleração permitir uma passagem rápida pela velocidade de Mach 1, evitando a formação da Barreira Sônica.

Quando o ar em fluxo supersônico é comprimido, sua pressão e densidade aumentam, formando uma onda de choque. Em voo supersônico – com velocidades acima de Mach 1 –, o avião produz inúmeras dessas ondas, sendo que as mais intensas se originam no nariz e nas partes dianteiras e posterior das asas, além da parte terminal da fuselagem.

Mas e aquele barulho ensurdecedor?

Essas ondas de choque produzidas quando o avião ultrapassa o Mach 1 são as responsáveis por produzir o conhecido estampido desse fenômeno. Esse barulho ensurdecedor é chamado de "estrondo sônico" e sua intensidade dependem de vários fatores, tais como dimensões do objeto, forma e velocidade de voo e altitude.

O mais interessante é saber que essas ondas de choque geradas pelo avião em voo supersônico atingirão o solo depois de sua passagem, já que o objeto é mais veloz. Portanto, uma pessoa que está no solo verá o objeto passar sem escutar ruído algum, até que o som finalmente alcance o ouvido dela. Ou seja: o avião passa antes de seu próprio som.

Quebrando coisas

O estrondo sônico, em algumas ocasiões, pode ser forte o suficiente para produzir danos materiais no solo, como quebrar vidros ou mesmo produzir rachaduras em paredes, muros e outros estragos. Por conta disso, as autoridades limitam a operação de voos em velocidades supersônicas sobre os continentes.

Mas não foi isso que aconteceu no vídeo acima, em que o voo rasante dos caças da Força Aérea Brasileira na Esplanada dos Ministérios, em Brasília, destruiu quase todos os vidros da fachada do Supremo Tribunal Federal. O fail aconteceu em 2012, durante a troca da bandeira que acontece uma vez por mês na praça dos três poderes. O prejuízo, no final da história, ficou por conta da FAB.

Fonte: Eduardo Harada (tecmundo.com.br)