¿Puede un avión comercial romper la velocidad del sonido?

¿Puede un avión comercial actual romper la barrera de la velocidad del sonido? Respondemos esta pregunta, que su respuesta es más interesante de lo que se imaginan. Photo by SevenStorm JUHASZIMRUS

Han habido en los últimos días varias publicaciones y comentarios en redes sociales donde se asegura que varios aviones comerciales debido a corrientes de viento «rompieron la barrera del sonido», una afirmación que generó ciento de comentarios de sorpresa y likes, pero la realidad no es tan sencillo como se cree.

¿Puede un avión comercial volar más rápido que la velocidad del sonido?

En términos generales, no, un avión comercial no puede romper la barrera del sonido. La velocidad del sonido es de aproximadamente 1.235 km/h a nivel del mar, y la mayoría de los aviones comerciales tienen una velocidad máxima de crucero de alrededor de 900 km/h.

Existen dos razones principales por las que un avión comercial no puede romper la barrera del sonido:

Diseño

Los aviones comerciales no están diseñados para volar a velocidades supersónicas. Su diseño aerodinámico, materiales y sistemas no son capaces de soportar las fuerzas y temperaturas extremas que se generan al superar la velocidad del sonido.

• Aerodinámica: La aerodinámica de un avión cambia drásticamente a velocidades supersónicas. Se forman ondas de choque alrededor del avión, lo que aumenta la resistencia y dificulta el control. Los aviones comerciales no están diseñados para soportar estas condiciones.
• Materiales: Los materiales utilizados en la construcción de aviones comerciales no son lo suficientemente resistentes para soportar las altas temperaturas y el estrés que se generan al volar a velocidades supersónicas. Se necesitan materiales especiales, como aleaciones de titanio, que son más ligeros y resistentes al calor.
• Motores: Los motores de los aviones comerciales no son lo suficientemente potentes como para propulsar el avión a velocidades supersónicas. Se necesitan motores especiales, como los turborreactores de postcombustión, que generan un empuje adicional.

Eficiencia

Eficiencia: Volar a velocidades supersónicas es extremadamente ineficiente. Se requiere una gran cantidad de combustible para superar la resistencia del aire a velocidades tan altas, lo que hace que los vuelos supersónicos sean prohibitivamente costosos.

• Eficiencia de combustible: Volar a velocidades supersónicas es extremadamente ineficiente. El consumo de combustible aumenta exponencialmente a medida que se aproxima la velocidad del sonido. Esto hace que los vuelos supersónicos sean prohibitivamente costosos.
• Impacto ambiental: Los vuelos supersónicos generan un fuerte estampido sónico que puede ser molesto para las personas en tierra. Además, los aviones supersónicos emiten más contaminantes que los aviones subsónicos.
• Regulaciones: Los vuelos supersónicos están prohibidos sobre muchas áreas pobladas debido al estampido sónico. Las autoridades aeronáuticas también imponen restricciones a la altitud y velocidad de los vuelos supersónicos.

Sin embargo, hay algunas excepciones:

• El Concorde: El Concorde fue un avión comercial supersónico que operó entre 1976 y 2003. Podía alcanzar velocidades de hasta Mach 2,04 (2.179 km/h). Sin embargo, el Concorde era un avión muy costoso de operar y solo se fabricaron 16 unidades.
• Vuelos militares: muchos aviones militares están diseñados para volar a velocidades supersónicas. Estos aviones suelen ser utilizados para misiones de combate o de reconocimiento.

Velocidad del sonido y cómo calcularla

Erróneamente se cree que si un avión marca una velocidad igual o superior a los 1.235 km/h, este ya rompió la velocidad del sonido, pero como vamos a demostrar este valor no es fijo y depende de muchos factores, además, hay una diferencia entre velocidad indicada y velocidad referente al terreno.

La velocidad del sonido es la distancia que recorre una onda sonora en un medio determinado durante un tiempo determinado. Se define como la raíz cuadrada del módulo de elasticidad del medio dividido por su densidad.

En términos matemáticos:

v = √(E/ρ)

Donde:

• v es la velocidad del sonido (m/s)
• E es el módulo de elasticidad del medio (Pa)
• ρ es la densidad del medio (kg/m³)

El módulo de elasticidad es una medida de la capacidad de un material para resistir la deformación. La densidad es una medida de la masa de un material por unidad de volumen.

En el aire a 20°C:

• Módulo de elasticidad (E): 1,42 x 10^5 Pa
• Densidad (ρ): 1,2 kg/m³

Sustituyendo estos valores en la ecuación:

• v = √(1,42 x 10^5 Pa / 1,2 kg/m³) = 343 m/s
• La velocidad del sonido en el aire a 20°C es de 343 m/s.

Factores que afectan la velocidad del sonido:

• Temperatura: La velocidad del sonido aumenta con la temperatura.
• Presión: La velocidad del sonido aumenta con la presión.
• Humedad: La velocidad del sonido aumenta ligeramente con la humedad.
• Medio: La velocidad del sonido varía según el medio. Es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos que en los gases.

Por lo tanto, un avión comercial que vuele a una velocidad superior a 1.235 km/h no necesariamente está rompiendo la barrera del sonido si la temperatura del aire es superior a 20°C.

Velocidad indicada y referente al terreno

Para profundizar aún más en la materia, debemos conocer que existen mediciones diferentes para saber la velocidad de un avión, estas son:

• Velocidad indicada (IAS): Es la velocidad que se muestra en el indicador de velocidad aerodinámica (ASI) del avión. Se mide en nudos (kts) o millas por hora (mph). La IAS es la velocidad del avión con respecto al aire que lo rodea.
• Velocidad respecto al terreno (GS): Es la velocidad real del avión sobre la superficie terrestre. Se mide en nudos (kts) o millas por hora (mph). La GS se calcula teniendo en cuenta la IAS y la velocidad del viento.

Diferencias:

• Referencia: La IAS se mide con respecto al aire, mientras que la GS se mide con respecto al terreno.
• Impacto del viento: La IAS no se ve afectada por el viento, mientras que la GS sí. El viento en contra reduce la GS, mientras que el viento a favor la aumenta.
• Importancia: La IAS es importante para el control del avión durante el vuelo, mientras que la GS es importante para la navegación y la planificación del vuelo.

Ejemplo:

Un avión está volando a una IAS de 100 kts con un viento en contra de 20 kts. La GS del avión será de 80 kts.

En resumen, si bien es posible que un avión comercial rompa la barrera del sonido, no es algo que pueda hacer de forma regular o eficiente.

Cierro con unos datos interesantes que encontré sobre la barrera del sonido:

• La barrera del sonido se rompió por primera vez en 1947 por el piloto Chuck Yeager en el avión experimental Bell X-1.
• El Concorde fue el primer avión comercial supersónico en entrar en servicio regular.
• El vuelo supersónico produce un fuerte estampido sónico que puede ser molesto para las personas en tierra.
• Los vuelos supersónicos están prohibidos sobre muchas áreas pobladas debido al estampido sónico.

¿Qué les pareció esta lectura? Los leo en los comentarios…