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El vuelo supersónico sin "bang".
...Imaginemos un perfil lenticular sumergido en un flujo gaseoso supersónico. Se crearán ondas de choque (unidas) planas. Dos de estas ondas partirán del borde de ataque y otras dos se localizarán cerca del borde de salida. Desde una perspectiva:
Vista de perfil:
Analogía hidráulica.
...Existe una forma muy sencilla de comprender, por analogía, el mecanismo de formación de las ondas de choque. En un flujo líquido con superficie libre, la propagación de las ondas superficiales es equivalente a la del sonido en un gas. Tomemos, por ejemplo, una masa fluida en reposo. Un pescador que observa su flotador tira ligeramente de su sedal. Este flotador oscilará y provocará la emisión de ondas circulares que se propagarán a una velocidad del orden de unos pocos centímetros por segundo:
...En su bañera, logrará el mismo resultado moviendo de arriba abajo un palillo de dientes o un fósforo.
Si el fluido está en movimiento (vista desde arriba), estas ondas circulares, que no se han emitido al mismo tiempo, se desplazarán:
...La imagen de la derecha corresponde a un movimiento "sónico". Las ondas sonoras son la imagen de una perturbación de presión en un gas. Estas experiencias de analogía hidráulica, enseñadas antaño en la Escuela Nacional Superior de Aeronáutica (Supaéro), de la que soy egresado, eran objeto de prácticas.
...¿Qué ocurre cuando el fluido se mueve a una velocidad superior a la de propagación de las ondas superficiales? Se obtiene el esquema siguiente:
...Las perturbaciones emitidas por el objeto tenderán a acumularse según dos líneas que parten del objeto.
...No todo el mundo tiene un río al alcance de la mano. Por ello, en lugar de considerar un objeto inmóvil en un flujo líquido, también podemos moverlo y obtener el mismo resultado. Haga lo mismo en el agua de su bañera, moviendo su fósforo o la punta de su palillo de dientes, más afilada. Se formarán entonces lo que se llama "ondas de Mach". Si conocemos la velocidad a de propagación de las ondas superficiales y la velocidad V de desplazamiento del objeto, es fácil calcular el ángulo de Mach α.
...Inversamente, si medimos este ángulo α, podemos calcular la velocidad V del fluido.
...Cuanto mayor sea la velocidad V, más planas serán las ondas de Mach.
...Una compuerta es un excelente laboratorio de hidráulica donde la velocidad V es variable, aumentando hacia la corriente abajo. Si coloca su fósforo en el agua, observará lo siguiente:
...Otro "laboratorio de hidráulica" está constituido por un canal. Las irregularidades presentes en la superficie vertical del bordillo, en contacto con el agua en flujo, provocan la emisión de ondas de Mach, al igual que las que bordean el otro extremo del canal líquido. La superficie del agua queda así estratificada por esta red de ondas, que indican tanto la dirección como la velocidad del flujo. El fluido fluye según la bisectriz interior de las ondas de Mach. Si el flujo, en el canal, se realiza a velocidad constante, la superficie líquida queda marcada por ondulaciones, ondas de Mach, formando "rayas paralelas":
...Si la velocidad del agua aumenta hacia la corriente abajo, debido a un incremento de la pendiente, las ondas se aplanarán:
...Fenómeno inverso si el fluido se ralentiza porque la pendiente disminuye:
...Este ralentamiento, en un canal, puede deberse al rozamiento del agua con el fondo cuando la profundidad se hace suficientemente pequeña. Si observa atentamente un flujo, notará lo siguiente:
...Las ondas de Mach se enderezan gradualmente al acercarse al "borde del agua", ya que el rozamiento con el fondo ralentiza el flujo. Cuando las ondas se vuelven perpendiculares al flujo, la velocidad se ha reducido hasta la de propagación de las ondas superficiales. El flujo se ha vuelto "subsónico". En esta región, las ondas de Mach desaparecen. Si introduce un fósforo o un alfiler en el flujo, podrá comprobarlo.
...Así pues, hay muchas cosas que aprender observando canales.
...Si el canal gira, se presentan dos casos. Aquí el primero:
...Al tomar esta curva, el agua se acelera. Se obtiene lo que en mecánica de fluidos se denomina un "abanico de expansión". El hecho de que las características se aplanen indica esta aceleración. En consecuencia, la altura del agua, equivalente a la presión en un gas, disminuye. Podemos completar este dibujo representando la segunda familia de ondas de Mach:
....Para obtener más información sobre la MHD, remítase a la historieta que publiqué en 1983 en las Ediciones Belin, 8 rue Férou, París 75006. También puede obtener la versión CD de este álbum en el "Cd-Lanturlu". Acceso al formulario de pedido haciendo clic en el ícono en la parte inferior de la página.
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Contador inicializado el 1° de junio de 2000