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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.

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.

V > Vs

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

TrovãoQuando 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.

VulcãoA 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 fimVimos 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 fimA 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