Boom Sonico – Più veloci del suono

Boom Sonico.

Sembra il nome che i giapponesi darebbero alla mossa speciale di qualche robottone (e probabilmente lo è).

Sicuro nei pokémon c’era e faceva 20 danni fissi, a prescindere dalla difesa del nemico. Buttali via…

Nella vita vera, però, quella noiosa, esiste davvero qualcosa chiamato boom sonico? E se sì, cos’è?

Più veloci del suono!

Il boom sonico è un fenomeno che si verifica quando un oggetto viaggia più veloce del suono.

Rendiamoci conto di cosa vuol dire: se foste un piccione e aveste un aereo che viaggia a velocità supersonica verso di voi, verreste travolti prima di sentirne il rumore. Letteralmente.

Se ci pensate non è così intuitivo, come può un aereo che ci viene incontro non fare rumore finché non ci colpisce?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo prima capire bene che cos’è il suono.

La natura del suono – Le onde meccaniche

Il suono altro non è che un’onda meccanica, che si propaga tramite un mezzo.

Andiamo con calma, e spezzettiamo la frase.

Il suono è un’onda.

Fin qui niente di troppo strano, finché non aggiungiamo la parola meccanica.

Un’onda, in generale, è la propagazione di una perturbazione, associata ad un “trasporto di energia” (ma NON di materia!).

Un’onda meccanica, di conseguenza, è la propagazione di una perturbazione tramite movimento.

In poche parole, un’onda meccanica, per propagarsi, deve spostare qualcosa. Il suono, in particolare, mette in movimento l’aria che ci circonda, ma riesce a trasmettersi anche nell’acqua, o tramite mezzi solidi.

E questo, amici miei, è il motivo per cui sentite sempre dire che nello spazio non c’è suono. Semplicemente perché nello spazio non c’è aria da spostare!

Quanto corre il suono?

Come ogni onda che si rispetti, anche il suono possiede una sua velocità.

Nell’aria, questa ammonta a circa 331 m/s (metri al secondo) a seconda di alcuni fattori, come ad esempio la temperatura.

Di certo è veloce, ma è inafferrabile?

Rispetto alla luce è lentissimo, tanto per fare un confronto.

Al prossimo temporale di quelli belli, di quelli con i fulmini, mentre sorseggiate la tisana pomeridiana fate questo esercizio: ad ogni lampo (luce del fulmine) contate quanti secondi servono prima di sentire il tuono (rumore del fulmine).

Vi accorgerete facilmente che in alcuni casi possono passare anche diversi secondi!

Per un fulmine caduto a 1 km da voi, ad esempio, la luce arriverà istantaneamente, ma per il suono ci sarà da aspettare almeno 3 secondi!

Possiamo muovere un’onda che si muove?

Gli umani, si sà, sono esseri testardi e con il vizio di voler sfidare la natura.

Facciamo un esperimento mentale tutti insieme: iniziamo con l’assumere che vi mettiate a gridare. Oh è facile, chissà quante volte lo avete fatto.

Dalla vostra gola, le vostre corde vocali vibrano mettendo in moto l’aria intorno.

Il suono è un’onda sferica, dunque si propaga in tutte le direzioni a partire dalla vostra testa. Ovviamente, poiché di mezzo c’è la vostra testa, una persona che vi sta dietro vi sentirà meno di una che vi sta davanti, tuttavia il suono arriverà anche dietro.

Supponiamo che iniziate a correre gridando (scusate, pare che v’ho infilato in un film horror di serie B): cosa succede all’onda sonora da voi prodotta?

Il movimento dell’onda si combina con il movimento della testa, e man mano che correte le persone che vi fissano (oh, state a corre mentre gridate, qualcuno vi fisserà, suppongo..) udiranno un suono alterato, un suono che cambia.

Tanto più andate veloce, tanto più questo effetto sarà evidente. Questo fenomeno, che prende il nome di EFFETTO DOPPLER, è il motivo per cui la sirena dell’ambulanza che corre cambia suono quando vi supera.

Ho superato il suono: adesso che succede?

Supponiamo ora che stiate correndo davvero forte, e che superiate la velocità del suono.

Mentre l’onda meccanica esce dalla vostra bocca, essendo voi più veloci la state già superando nel momento in cui viene prodotta, di conseguenza ve la lasciate immediatamente indietro.

Non si crea quindi una sfera di suono intorno a voi, ma in un certo senso vi state “trascinando dietro” un cono di suono, con il vertice del cono nella vostra bocca.

Per poter sentire il vostro grido, il vecchietto fuori dal bar dovrà… aspettare che passi! E per aspettare che passi, dovrebbe aspettare che passiate voi stessi.

A quel punto, sentirebbe una parte della vostra voce, molto molto molto deformata dall’effetto doppler, e un bel botto, come risultato del BOOM SONICO creato dalla vostra voce che andava in avanti.

Ovviamente, questo è un esperimento mentale, nessun umano può nemmeno pensare anche solo di avvicinarsi al correre a quella velocità. Abbiamo, però, ovviato all’inconveniente, costruendo mezzi che non hanno alcun problema a farlo.

Gli oggetti supersonici

L’esempio più classico sono gli aerei supersonici. Purtroppo questi sono famosi principalmente per le tragedie avvenute in passato e per il fatto che nessuno li vuole vicino alle zone abitate, per quella brutta abitudine di scoperchiare le case e sfasciare tutte le finestra. Oh, mai contenti sti cittadini.

Facciamo qualche altro esempio allora.

Esistono fucili d’assalto, ad esempio, in grado di sparare proiettili che vanno più veloci del suono.

Voglio presentare però anche degli esempi meno bellici, ma soprattutto più vicini all’esperienza di tutti.

La punta della frusta ad esempio produce il tipico schiocco proprio perché supera per un brevissimo istante la velocità del suono.

Il principio fisico dietro lo schiocco di frusta è molto interessante.

La frusta è un oggetto flessibile a cui noi imprimiamo con il movimento del polso una certa energia cinetica.

L’energia cinetica impressa al manico, a parte una piccola quota dissipata, si trasmette fino alla punta, che però ha una massa molto molto minore rispetto a quella del manico.

Poiché l’energia cinetica è data dal prodotto tra massa e velocità (al quadrato) del corpo, se verso la punta la massa diminuisce di molto allora di conseguenza deve aumentare di molto la velocità. Di talmente tanto da superare quella del suono!

Parliamo tuttavia di un miniboom sonico anche allo scoppiare di un semplice palloncino! Il botto che sentiamo è dovuto alla “plastica” che torna molto rapidamente a contrarsi dopo aver raggiunto la massima tensione (ed essersi di conseguenza rotta).

E se superassimo la luce?

Questa è la prima domanda che mi è venuta in mente quando ho scoperto cosa fosse il boom sonico.

Esiste un equivalente del Boom Sonico, ma con la luce? Un Light Boom?

La risposta ovviamente è che niente va più veloce della luce, discorso chiuso… o no?

Nel vuoto la luce batte in velocità qualsiasi altra cosa, questo è un principio cardine della relatività generale, e lungi da noi metterlo in discussione.

In altri mezzi tuttavia non è detto che non si possa accelerare qualche particella abbastanza da agitarsi più della luce.
In prossimità dei reattori nucleari posti sott’acqua è possibile infatti osservare un fenomeno chiamato Radiazione di Cherenkov, dal nome dello scienziato che nel 1958 vinse il Nobel per averla scoperta.

Una radiazione bluastra fichissima, che sbeffeggia financo “l’entità” più veloce dell’universo. Alla faccia tua, fotone.

Fonti 

Sonic Boom

Radiazione di Cherenkov