Onde supersoniche

[dimpim]

Scusate la banalità, ma è un problema che non sono riuscito a chiarire con la mia (bravissima) prof di fisica, e mi resta ancora il dubbio.

Supponiamo di avere un aereo che viaggia a velocità anche di poco superiore a Mach 1. Sulla punta dell'aereo poniamo un altoparlante, rivolto nella stessa direzione in cui si muove l'aereo, e poco oltre l'altoparlante mettiamo un microfono.
Supponendo che l'aereo viaggi a velocità costante e che l'altoparlante emetta un suono qualsiasi, il microfono riceve quel suono?

Grazie.

[MindFlyer]

Ovviamente no.
Perché, la tua (bravissima) prof. di Fisica che dice??

[dimpim]

Mah, in effetti mi fatto un discorso un po' strano, del tipo che "l'aereo si trascina dietro le onde" e altre cose del genere, quindi probabilmente non ha capito molto bene la mia domanda...
Comunque, adesso che vedo confermata la mia opinione, mi sento più tranquillo (nel caso dovesse tornar fuori l'argomento in interrogazione).

Grazie!

[rargh]

Bé, se consideri l'aria come mezzo fermo, allora le onde sonore dell'altoparlante non raggiungono il microfono.
Forse intende che l'aereo che viaggia a velocità supersoniche causa turbolenze e correnti, e magari l'onda viene trasportata da queste correnti fino al microfono.

[MindFlyer]

Mah, in effetti mi fatto un discorso un po' strano, del tipo che "l'aereo si trascina dietro le onde"

Da cosa hai inferito l'aggettivo "bravissima"?

[dimpim]

Beh, nel nostro istituto è considerata da anni una delle migliori, e in effetti tutti gli argomenti fatti finora li ha spiegati in maniera esemplare... ripeto, probabilmente ho spiegato male che cosa mi interessasse sapere, tutto qui. Comunque siamo qui per parlare del problema che ho posto, non di altro.
Ad ogni modo, appena ne avrò l'occasione, voglio riprendere l'argomento; ho scritto su questo forum perché volevo vedere se le mie "teorie" venivano confermate oppure no (anch'io sono del parere che l'onda non raggiunge il microfono).

[MindFlyer]

Beh, allora, non vedo grandi scappatoie dall'argomento esatto. Qui non è questione di pareri, basta scegliere un modello che rappresenti la situazione e dimostrare che le onde sonore non arrivano al microfono.

Per farlo, basta immaginare il fronte d'onda, che in questo caso è un cono con il vertice nell'altoparlante. Per analogia puoi pensare al classico motoscafo che si muove più velocemente della propagazione delle onde sull'acqua, e genera un fronte d'onda fatto da 2 semirette uscenti dalla prua (queste sono onde trasversali, mentre quelle sonore sono longitudinali, ma il fronte si forma con le stesse leggi di interferenza).
Ad ogni istante, l'aria che si trova fuori dal cono è ferma, mentre comincia a vibrare appena viene investita dal fronte d'onda.
Poiché il microfono si trova sempre fuori dal cono, non percepisce mai l'oscillazione sonora.

Un altro modo di vedere la cosa è pensare ad un aereo che accelera da velocità 0 a velocità superiore a quella del suono, ed emette un'onda armonica. Quando la velocità è 0, il microfono percepisce la stessa frequenza emessa dall'altoparlante.
Mano a mano che l'aereo accelera, per effetto Doppler la frequenza ricevuta diminuisce sempre, fino a diventare 0 quando l'aereo tocca la velocità del suono. Senza contare che anche l'ampiezza dell'onda ricevuta tende a 0, per via della distanza che deve percorrere... e siccome l'ampiezza diminuisce in modo quadratico, questo compensa anche l'effetto di sovrapposizione delle onde generate in istanti diversi. Ovvero, il microfono non sente nemmeno il tipico bang sonoro che si sente da terra ogni volta che un aereo supera il muro del suono.

Risultato: nel momento in cui l'aereo tocca la velocità del suono (e da quel momento in poi), il microfono non sente più il segnale dell'altoparlante.

[dimpim]

Uhmmm... sono perfettamente d'accordo con il primo esempio, che è poi una variante di quello che avevo pensato io; mi rimane però un dubbio sul secondo:

Mano a mano che l'aereo accelera, per effetto Doppler la frequenza ricevuta diminuisce sempre, fino a diventare 0 quando l'aereo tocca la velocità del suono.

L'effetto Doppler si verifica solo quando la sorgente (altoparlante) o l'osservatore (microfono) si spostano l'uno rispetto all'altro, giusto? Però qui sono entrambi fissati all'aereo; si può comunque parlare di effetto Doppler?

[AleX_ZeTa]

si c'è effetto doppler: conta anche il movimento del mezzo. Ma questo NON influenza il fatto che il microfono non percepisca l'onda se si supera la velocità del suono