Verso il muro del suono e oltre: cos'è il boom sonico

Ciao Billy!
Scommetto che stamattina stavi giocando a shangai, quando improvvisamente hai sentito e percepito due forti boati consecutivi, che hanno fatto tremare te, il pavimento e il tavolo, mandando in frantumi il duro lavoro che stavi per portare a termine. Scommetto anche che, dopo non aver notato alcun segno di esplosione evidente guardando fuori dalla finestra, ti sei fiondato a consultare Facebook, preoccupato, ma anche un po’ incuriosito, alla ricerca di informazioni. Avrai innanzitutto constatato che i boati non sono stati percepiti solo al tuo paesello, ma che l’intera Lombardia e parte del Piemonte sono state testimone di questo insolito avvenimento. Il mondo virtuale è diventato così il veicolo e l’amplificatore più potente del “sentito dire”: per qualcuno si è trattato di una violenta esplosione di una fabbrica di fuochi d’artificio, per altri di un deposito di bombole di gas, per alcuni infine l’effetto di un peto particolarmente potente del cugino.
In questi minuti però, una nuova notizia, dai fondamenti più solidi e informati, si sta diffondendo: due caccia avrebbero rotto il muro del suono.
Il caso quindi è diventato sempre più interessante.

Come può un aereo fare un rumore e generare uno spostamento d’aria così violento?
Te lo spiego subito Billy.

Il boom sonico è il suono prodotto dal cono di Mach generato dalle onde d'urto create da un oggetto (ad esempio un aereo) che si muove in un fluido, con velocità superiore alla velocità del suono.

Analizziamo la frase concetto per concetto.

• Fluido: nel caso di un aereo, il fluido è l’aria nella quale è sospeso.
• Suono: il suono è un segnale acustico, fisicamente rappresentato da un’onda in grado di propagarsi nello spazio, interagendo con un mezzo. Nel nostro caso, il mezzo è il fluido, cioè, appunto, l’aria. Interagendo con il mezzo, l’onda provoca una variazione locale della pressione, infatti, le onde acustiche vengono chiamate anche “onde di pressione”. L’effetto delle onde di pressione è molto simile a quello della traccia lasciata da una barca dietro di sé mentre naviga.

• Velocità del suono: il suono viaggia a velocità diverse a seconda del mezzo in cui si sta propagando.
• Onda d’urto: mentre un aereo aumenta la sua velocità, avvicinandosi gradualmente al limite determinato dalla velocità del suono, le onde di pressione si comprimono sempre di più, finchè, una volta raggiunto il limite, si sovrappongono a formare un’onda d’urto davanti all’aereo. Un’onda d’urto è generata da un’improvvisa e discontinua variazione della pressione, della temperatura e della densità del mezzo. Mentre il velivolo prosegue il suo percorso, l’onda d’urto si deforma e viene tirata verso la coda dell’aereo, inviluppandolo in una sorta di cono, detto “cono di Mach”.

• Boom sonico: l’onda d’urto si manifesta sotto forma di uno spostamento del fluido e un forte boato, chiamato boom sonico. Contrariamente a quanto si pensi, il boom sonico non dura pochi istanti, ma si verifica fintanto che l’aereo mantiene una velocità superiore a quella del suono. La breve durata del suono percepito è il risultato del passaggio del cono di Mach in corrispondenza della tua posizione Billy. In altre parole, non tutti hanno sentito il boato contemporaneamente, ma in momenti diversi in base alla traiettoria dei caccia.

Un esempio meno straordinario di questo effetto è lo schiocco di una frusta in corrispondenza della sua estremità.
Ti chiederai ora: “I piloti dei caccia ora saranno sicuramente sordi!”. E invece no Billy! Si dice che loro capiscano di aver superano la velocità del suono grazie al fatto che gli strumenti a bordo registrano una variazione della pressione, ma il suono rimane alle loro spalle e dunque non sono in grado di percepirlo.
Ecco spiegato l’insolito avvenimento di oggi, che ci ha dato l’opportunità di imparare qualcosa in più.