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GhostOnGripen

Muro del suono...

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Ma figurati, con tutte le illuminazioni che dai, errori così sono accettabilissimi.

 

E' che mi stava venendo davvero qualche dubbio :P

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Tutti bravi, tutti saggi...........

 

Se mi consentite, aggiungerei un picolo paticolare:

 

La velocità del suono NON è COSTANTE! e allora quanto vale?

 

Un mio professore direbbe che un pessimo ingegnere risponderebbe con un numero,

un buon ingegnere con un intervallo percentuale, ma un ottimo ingegnere risponderebbe: DIPENDE!

 

La velocità del suono a cui vi riferite è quella Lagrangiana (c'è anche la versione di Newton, ma è meno corretta) e vale la radice quadrata del prodotto di GAMMA * ERRE * T. Dove T è la temperatura espressa in gradi Kelvin (=gradi centigradi + 273). Gamma è un valore standard per l'aria e vale 1.4 (non sto a spiegarvi cos'è....) ed ERRE è la costante dei Gas che vale 288 per gas biatomici (compresa l'aria). Magicamente vi uscirà la velocità del suono i metri al secondo. (Ovviamente per ottenere i km/h basta moltiplicare per 3.6........)

 

Ora divertitevi a calcolare la velocità del suono in inverno (0° centigradi ) ed in estate (40° centigradi)

 

P.S. - 340 m/s esce se mettete T=15° centigradi.....

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ERRE è la costante dei Gas che vale 288 per gas biatomici (compresa l'aria)

 

Preciso la precisazione: R=288 J/(Kg K) vale solo per l'aria non per i generici gas biatomici.

 

Una domanda: qual'è la velocità del suono nella forma di Newton?E come mai è meno corretta di quella usualmente utilizzata?

 

ciao ciao

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Preciso la precisazione: R=288 J/(Kg K) vale solo per l'aria non per i generici gas biatomici.

 

Una domanda: qual'è la velocità del suono nella forma di Newton?E come mai è meno corretta di quella usualmente utilizzata?

 

ciao ciao

 

Newton ipotizzò (erroneamente) che le variazioni di pressione fossero isoterme e calcolò la velocità del suono come radice di R*T, Laplace poi come avete già detto, dimostrò che il tutto avveniva isoentropicamente (e non isotermicamente) calcolando la velocità del suono come detto sopra (radice di gamma*R*T).

La forma di Newton è meno corretta perchè non tiene conto del termine gamma.

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Ciao a tutti.

Scusate se mi intrometto nella discussione. Per spiegare cosa succede in parole semplici durante il superamento del muro del suono, puoi pensare in questi termini: quando un aereo viaggia ad una velocità inferiore a quella del suono, i disturbi di pressione che genera il velivolo stesso si propagano sia davanti che (ovviamente) dietro. Aumentando la velocità di volo, tutti questi disturbi di pressione cominciano ad avvicinarsi sempre più l'un l'altro davanti all'aereo fina al punto che, raggiunta la velocità del suono (locale), questi disturbi uniti tutti fra di loro, formano un'onda enorme, che passa dietro all'aereo. Qesta onda di pressione (che risulta essere proprio la somma dei disturbi che si trovavano davanti all'aereo prima del raggiungimento e superamento della velocità del suono) si propaga dietro all'aereo (ricorda che è molto grande) e, "sbattendo" sul suolo terrestre, produce quel tipico "bang" detto "bang sonoro".

 

Per quanto riguarda invece quella specie di nuvola che si vede proprio dietro all'aereo che supera la velocità del suono, tale fenomeno è dovuto all'istantanea condensazione dell'umidità contenuta nell'aria che viene attraversata dall'onda. Praticamente, l'aria prima viene riscaldata dal passaggio dell'onda e, dopo il passaggio di quest'ultima, l'aria si raffredda (perchè la sua pressione diminuisce) facendo condensare l'umidità contenuta in essa.

 

Spero di aver spiegato in modo semplice :unsure:

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Ciao Guido, scusa, ma non sono daccordo.

 

L'onda d'urto si genera sulle superfici del velivolo e non dietro.......

Il modello fisico che si è creato per spiegare questa fenomenologia prevede che per deviare una corrente supersonica, da deviare a causa della presenza dell'aereo, si genera una onda d'urto. In campo subsonico ciò non avviene in quanto, coma hai detto tu, i disturbi di pressione riescono a arisalire a monte ed "avvisare" il fluido della presenza del velivolo. Per quanto riguarda il Boom sonico, mi sembra di capire, per come hai scritto, che il rumore si genera perchè la corrente arriva a terra e sbatte. Ebbene, il rumore si genera per la forte differenza di pressione, si sentirebbe anche se non toccasse terra.

 

Ciao

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Ciao I-TIGI,

 

Si, hai ragione. Mi sono spiegato decisamente male. Le mie parole sono fortemente propense ad una interpretazione sbagliata.

Chiedo umilmente scusa :adorazione:

cercherò di essere più preciso in futuro

 

Ciao

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la resistenza che l'aria oppone al passaggio del velivolo cresce col crescere della velocità di quest'ultimo. ma oltrepassato il muro del suono questo incremento di resistenza aumenta ancora di più? volgio dire: pensando al grafico della resistenza in funzione della velocità, questo varia andamento oltrepassato il valore del muro del suono? se sì di tanto?

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La resistenza, vedi qui la formula di "R", è proporzionale al quadrato della velocità, quindi aumenta "di tanto" finchè aumenta la velocità.

Inoltre, sempre facendo riferimento a quella formula, tieni conto che anche il cd in supersonico è maggiore rispetto al subsonico (ad esempio nell'F-4 Phantom, il cd passa da 0.21 a 0.44). ;)

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direi qundi che viaggiare a velocità supersonica non conviene affatto!! oltrepassando il muro del suono all'incirca raddoppia la resistenza! è dato da questo salto di resistenza la difficoltà di passare a veloctà supersonica?

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direi qundi che viaggiare a velocità supersonica non conviene affatto!! oltrepassando il muro del suono all'incirca raddoppia la resistenza! è dato da questo salto di resistenza la difficoltà di passare a veloctà supersonica?

 

Diciamo che la resistenza cresce comunque con il quadrato della velocità e al limite (come ha detto Captor) quello che subisce un brusco incremento è il coefficiente di resistenza.

In effetti, a partire dalle velocità transoniche, nascono le onde d'urto che sono responsabili del grande aumento di resistenza.

 

A questo punto, la cosa difficile è fare è un aereo che voli bene sia in regime subsonico che in regime supersonico.

Profili adatti al volo subsonico avvicinandosi alla velocità del suono cominciano a comportarsi male, perchè si formano zone supersoniche sul dorso (e poi anche sul ventre) che si chiudono con un'onde d'urto che causano il distacco dello strato limite e conseguenti valori di resistenza che vanno alle stelle.

 

I profili più sottili e le configurazioni alari studiate per il volo supersonico invece, pur non essendo il massimo a velocità subsoniche, vedono questi problemi ridursi...

 

In effetti si cerca di ridurre l'intensità delle onde d'urto, per impedire il distacco dello strato limite e il conseguente stallo che fa crollare il Cp e impennare ancor più il Cr.

Ciò non toglie che nell'intorno della velocità del suono, a un determinato angolo d'incidenza, il coefficiente di resistenza abbia un picco, che i velivoli supersonici mantengono basso grazie alla loro configurazione aerodinamica e che comunque superano grazie alla spinta dei motori (il più delle volte inserendo il postbruciatore).

 

La velocità del suono è quindi uno spartiacque così importante perchè volerla superare costringe a scendere a compromessi e comunque porta un notevole incremento di resistenza che aumenta vistosamente per via dell'aumento del coefficiente di resistenza che, come se non bastasse, presenta anche un picco intorno a mach 1.

In ogni caso, come già detto da Captor, picco o non picco del coefficiente di resistenza, la resistenza è anche proporzionale al quadrato della velocità e di lì non si scappa...

 

Questi motivi spingono molti velivoli a volare a velocità subsoniche pur essendo in grado di volare in supersonico (inserendo il postbruciatore e consumando secchiate di carburante...), mentre altri non osano nemmeno farlo, rinunciano al postbruciatore e adottano un'aerodinamica ottimizzata per il volo altamente subsonico.

 

Nei velivoli altamente subsonici (come quelli commerciali) si adottano per esempio profili (detti supercritici) che allontanano il più possibile tutti i problemi che si verificano a velocità transoniche, ma che li concentrano tutti appena sotto mach 1...

Questi profili sono eccellenti a velocità subsoniche, perchè sono abbstanza spessi e col bordo d'attacco raggiato, ma sopra sono abbastanza piatti da rendere debole l'onda d'urto che si forma sul dorso in regime transonico e hanno dorso e ventre quasi paralleli al bordo d'uscita; il tutto per allontanare il rischio di distacco dello strato limite.

Il risultato sono bassa resistenza a velocità altamente subsoniche, ma anche aumenti di resistenza spaventosi se solo si osa andare un po' più veloci...Per tali velivoli il muro del suono diventa proprio un muro invalicabile...

Qui sotto c'è un confronto tra un normale profilo biconvesso (a) e un profilo supercritico (b).

Il secondo, a velocità transoniche, non persenta il distacco dello strato limite causato dall'onda d'urto forte presente sul primo e nemmeno le conseguenti cadute di efficienza, turbolenze, scuotimenti e variazioni delle caratteristiche di stabilità e qualità di volo...

 

CE668800FG0010.gif

 

Altri velivoli, dotati di una spinta brutale dei motori e di un'aerodinamica eccezionale a velocità supersoniche, riescono invece a superare agevolmente mach 1 anche senza inserire la dispendiosissima postcombustione...

Sia comunque chiaro che la resistenza e i consumi crescono molto anche se l'aereo in questione si chiama F-22...

Edited by Flaggy

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Ho trovato l’argomento, ho letto i commenti, tutto bene. E invece mi sono sorti dei dubbi. La teoria la conosco anch’io ed anzi vi passo qualche dato.

 

Temperature medie annuali alle varie altitudini: 0m= +11,2°C, 3000m= -3°, 6000m= -23,1°, 9000m= -44,8°, 11000m= -54,6°, 12000m=-56,2°, 14000m=-55,2°, 15000m=-55°, 18000m=-54,4°, 20000m=-53,8° . Non riporto i valori a tutte le quote perché è inutile ai fini del discorso. Differiscono poco da quelli dell’atmosfera standard teorica. La velocità del suono dipende dalla temperatura e dalla densità dell’aria. La densità si riduce progressivamente salendo di quota e, contemporaneamente cala la temperatura. Fin qui tutto bene. Ora vediamo come cala la densità media: 0m= 1,246 kg/m3, 3000m= 0,906, 6000m= 0,66, 9000m= 0,47, 11000m= 0,416, 12000m=0,314, 14000m= 0,227, 15000m= 0,193, 18000m= 0,121, 20000m= 0,089.

 

Come si può vedere la temperatura oltrepassati gli 11000 metri rimane grossomodo costante. Ma la pressione e la densità continuano a calare. Probabilmente mi sto perdendo in un bicchier d’acqua (lo spero) ma se in una campana di vetro a quota 0m, alla temperatura di 15° inizio a fare il vuoto, il suono all’interno della campana non si propaga più, perché la densità influenza la velocità del suono molto più che la differenza di temperatura. Non a caso nello spazio il suono non si propaga, non c’è densità sufficiente e la temperatura è vicina allo zero assoluto. A 18000m la temperatura è la stessa che a 11000m , la densità invece è 3,44 volte inferiore e a 20000m è 4,67 volte inferiore. Qualcuno può spiegarmi perché la velocità del suono,oltre 11000m, dovrebbe essere costante ?

 

I conti non tornano.

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I conti non tornano.

I conti non ti tornano perche’ la velocità del suono nei gas non dipende dalla pressione ma soltanto dalla temperatura...

Le compressioni ed espansioni causate dal suono nel gas avvengono troppo rapidamente perché ci sia scambio apprezzabile di calore.

In altre parole per l’aria si puo’ con buona approssimazione considerare il processo adiabatico.

 

In tal modo (come gia’ detto sopra) si puo’ scrivere che la velocita’ del suono e’ la radice quadrata di (kRT)

 

Dove:

k e rapporto fra i calori specifici dell’aria (cambia al cambiare del gas, ma non della pressione)

R e’ la costante dei gas

T e’ la temperatura assoluta

 

Oltre gli 11000 metri la temperatura resta costante e quindi anche la velocita’ del suono smettera’ di calare, sebbene la pressione continui a scendere con la quota.

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Come già detto, la formula è a=sqr(?RT): (?=gamma="quella che da Flaggy era k")

 

Come si può vedere la temperatura oltrepassati gli 11000 metri rimane grossomodo costante. Ma la pressione e la densità continuano a calare.

 

(Flaggy, mi permetto di precisare meglio, perchè dire che "la velocità del suono nei gas non dipende dalla pressione ma soltanto dalla temperatura" può risultare fuorviante.)

 

Nella formula, pressione (p) e densità (?), non compaiono, ma ciò non significa che non intervengano nella determinazione della velocità del suono.

 

Infatti la citata formula a=sqr(?*R*T) deriva da a=sqr(?*p/?), che signfica che la velocità del suono è legata al rapporto tra pressione e densità: questo rapporto p/? si può scrivere in maniera equivalente come R*T (ed infatti è così che compare nella formulazione classica a=sqr(?*R*T)) ed è considerato costante al di sopra degli 11,000 metri (ISA - International Standard Atmosphere).

 

Quindi, sebbene sia pressione che densità continuino a calare, il loro rapporto (e come conseguenza la velocità del suono) al di sopra degli 11,000 metri rimane costante.

 

(...)se in una campana di vetro a quota 0m, alla temperatura di 15° inizio a fare il vuoto(...)

 

Come si può immaginare, le formule che conosciamo e che abbiamo scritto in questa discussione, presuppongono una serie di ipotesi.

Il vuoto non è comtemplato.... ;)

 

D'altronde risulterebbe difficile formulare una legge che indichi la velocità del suono nel vuoto, dove il suono non si propaga (e quindi non ha velocità). ;)

Edited by Captor

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(Flaggy, mi permetto di precisare meglio, perchè dire che "la velocità del suono nei gas non dipende dalla pressione ma soltanto dalla temperatura" può risultare fuorviante.)

Anzi, direi che la precisazione era d'obbligo... :adorazione:

Il punto importante era che pressione, densità e temperatura sono fra loro legate dalla legge dei gas.

La velocità del suono dipende quindi direttamente dal rapporto fra pressione e densità o, che è lo stesso, dalla temperatura assoluta.

Considerare la velocità del suono come dipendente dalla sola temperatura equivale a tener conto anche delle variazioni di pressione e densità, tramite il loro rapporto (che è costante se è costante la temperatura).

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Grazie ragazzi! Ho studiato fisica, parecchio tempo fa, le vostre spiegazioni mi sembrano ineccepibili, complimenti! Se dovessi ancora aver bisogno, so a chi chiedere.

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1 mach sn 1220km/h a livello del mare

mentre 1050km/h a 11000 metri di quota

 

qnd il velivolo arriva alla velocità del suono si sente il "botto" perché l'aria che si comprime "esplode" e xciò si sente questo specie di scoppio

e si vede un cono di fumo che alla fine è aria in torno al velivolo

 

e quoto in pieno cn flaggy

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< qnd il velivolo arriva alla velocità del suono si sente il "botto" > Il botto però non è un botto! Ma sono 2 distinti vero?

Ravvicinati ma 2 botti distinti. Ho sentito che si verificano perchè c'è un'aumeto e diminuzione della pressione nel momento

in cui l'aereo ti passa sopra... Giuro l'ha detto Alberto Angela a Passaggio a Nord-Overs...

 

Ciao Navigator

Edited by navigator

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Grazie ragazzi! Ho studiato fisica, parecchio tempo fa, le vostre spiegazioni mi sembrano ineccepibili, complimenti! Se dovessi ancora aver bisogno, so a chi chiedere.

 

Il botto sonico si verifica perchè le onde sonore si sovrappongono, infatti non sempre avviene il botto sonico, comunque è vero sono due botti molto ravvicinati e quindi sembra uno solo

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Che c'entra....!!! L'aereo soprattutto un caccia è stra-coibentato, quindi all'interno si percepirà una minima parte se non una vibrazione di media intensità oltre alla pressione che il pilota subisce...pressione molto forte a seconda della velocità.... (e aumento del peso corp.)

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Che c'entra....!!! L'aereo soprattutto un caccia è stra-coibentato, quindi all'interno si percepirà una minima parte se non una vibrazione di media intensità oltre alla pressione che il pilota subisce...pressione molto forte a seconda della velocità.... (e aumento del peso corp.)

Pressione subita dal pilota? Aumento del peso corp?

Ma che stai a di'?

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Scusami ma non aumenta il peso corporeo con la pressione dell'aumento della velocità???

NO

L'unica cosa che aumenta e' il peso delle cose senza senso che dici... :rolleyes:

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