Universidade de São Paulo
Instituto de Física
Prof. Dra. Elisabeth Andreoli de Oliveira
César Augusto Rodrigues Martins Chagas
Nº USP: 8084704
Didio Kozlowski
Nº USP: 360594
O que são ondas de choque?
Ela é caracterizada por ser um
distúrbio
em
propagação
onde
propriedades
como
velocidade,
pressão, temperatura ou densidade
variam de maneira abrupta e quase
descontínua. Está onda pode ocorrer
tanto em meios físicos, propagando-se
de maneira mecânica, quanto em
campos como campo elétrico e o
campo magnético.
Exemplos
Quando um avião atinge exatamente a
velocidade do som, as ondas sonoras que
ele está emitindo passam a se condensar a
sua frente por estarem se propagando na
mesma velocidade.
Uma onda de choque se forma nos
gases sempre que a velocidade do gás é
maior que a velocidade do som nele.
Velocidade do Som
Ao nível do mar e em temperatura ambiente
de 15 °C, o módulo da velocidade das ondas
sonoras na atmosfera é:
Vs ≈ 344 m/s ≈ 1238 km/h
Definimos o número de Mach, simbolizado
por M, como a razão entre o módulo da velocidade
de um objeto na atmosfera (V) e o módulo da
velocidade das ondas sonoras (Vs):
M = V / Vs
Quando V ≈ Vs, os pulsos à frente do objeto se
sobrepõem, formando um pulso único, de amplitude
bem maior do que a amplitude de qualquer um dos
pulsos originais. Desse modo, à frente do objeto, a
pressão atmosférica fica bem maior do que o seu valor
normal. Quando V = Vs, esse pulso único fica com uma
amplitude muito grande e recebe o nome (impróprio) de
onda de choque.
V = Vs
A figura acima nos mostra um avião que
viaja à mesma velocidade do som, então
podemos perceber que o avião está viajando
com a mesma velocidade das ondas produzida
por ele. Assim, os círculos tangenciam o mesmo
ponto, onde todas as frentes de onda se somam
e a perturbação no meio fica muito grande,
resultando em uma onda de choque.
V > Vs
Na figura acima podemos ver que para um
avião que voa com velocidade maior que a
velocidade do som, as cristas das ondas formam
uma série de círculos sobrepostos. Temos a
formação de um cone quando traçamos retas
tangentes aos círculos.
Concorde
Primeiro e único avião supersônico de
passageiros. Chegou a atingir 1,8 Mach e fazia
a travessia entre Paris e Nova Iorque em 4h
Supersônicos
F18
STF
Trovão
Quando
uma
descarga elétrica de
grande intensidade corta
a atmosfera na forma de
um raio, provoca um
aquecimento
muito
intenso que leva a uma
expansão rápida do ar
ao redor do raio. Como a
velocidade da expansão
excede a velocidade do
som,
ouvimos
o
estrondo
sônico
na
forma de um trovão.
Terapia por ondas de choque (TOC)
As ondas de
choque também têm
efeitos terapêuticos
em
patologia
musculoesquelético
de caráter crônico
no
âmbito
da
Medicina Física e de
Reabilitação.
Vulcão
A área
ao
redor
da
explosão
fica
superpressurizada, resultando em partículas de ar
altamente comprimidas que viajam mais rápido que a
velocidade do som. Essa onda se dissipará com o
tempo e a distância e durará milisegundos
Por fim
Vimos vários exemplos de ondas de choque.
Podemos notar uma diferença entre os exemplos quando
analisamos as velocidades relativas dos objetos que
produzem as ondas de choque. As diferenças estão
ilustradas, esquematicamente, na ilustração abaixo.
(Esquerda) - Formação de uma
onda sonora num caso em que o
propulsor
se
move
mais
lentamente do que as moléculas;
(Direita) - Formação de ondas de
choques (choques estacionários)
quando os propulsores se
movem mais rapidamente.
Por fim
A frente
progressiva
de
gás,
altamente
comprimido, forma o que é chamado onda de choque.
Em razão da densidade grandemente aumentada, as
ondas de choque têm a pressão muito aumentada, o que
explica seus efeitos destrutivos.
No caso das explosões, a expansão dos gases
quentes se retarda, a compressão do ar se separa do
propulsor e continua deslocando-se como onda de
choque.
No caso dos aviões e projéteis supersônicos, que
se deslocam à velocidade constante, impulsionados por
seus motores, a onda de choque permanece estacionária
relativamente ao corpo em movimento (ou seja, a onda
permanece colada ao corpo).
Dados
•https://www.youtube.com/watch?v=DiDLGTWR_VY
•https://www.youtube.com/watch?v=mYCzP_VCtj0
•https://www.youtube.com/watch?v=DiyZTC5QEQw
•https://www.youtube.com/watch?v=HgHWbo8JIzc
•https://www.youtube.com/watch?v=AxsTfYAUlJ4
•https://www.youtube.com/watch?v=FX3EAaMVqVo