Misterioso cono de vapor: ¿qué se esconde detrás del efecto Prandtl-Gloert?

Una vista sorprendente es el cono de vapor que aparece alrededor de un avión que vuela a velocidad transónica. Este efecto, conocido como efecto Prandtl-Gloert, atrae la atención no sólo de los científicos, sino también de los observadores comunes y corrientes. Sin embargo, detrás de este impresionante fenómeno se esconde una física compleja, que examinaremos en este artículo.

Contrariamente a la creencia popular, el efecto Prandtl-Gloert no se produce cuando un avión rompe la barrera del sonido. Además, este efecto no está asociado con la famosa explosión supersónica. Los motores de aviones de derivación ultraalta pueden crear este efecto a la velocidad de despegue, debido a la aerodinámica en lugar de romper la barrera del sonido. Es importante entender que este efecto puede ocurrir incluso cuando la aeronave se mueve a velocidad transónica, lo que no siempre es lo mismo que romper la velocidad del sonido.

La razón del efecto Prandtl-Gloert está asociada con los procesos aerodinámicos que ocurren alrededor de un avión que se mueve a alta velocidad. Un avión crea un área de alta presión de aire frente a él y un área de baja presión detrás de él. Después de que pasa el avión, el área de baja presión comienza a llenarse con el aire circundante, lo que da como resultado la formación de un característico cono de vapor. Es importante señalar que la inercia de las masas de aire juega un papel clave en este proceso, ya que es la que asegura que la zona de baja presión se llene con aire de zonas cercanas.

Imagine un objeto que se mueve a velocidad transónica. La velocidad transónica es diferente de la velocidad del sonido. La barrera del sonido se rompe a una velocidad de 1235 km/h. La velocidad transónica está por debajo, por encima o cerca de la velocidad del sonido y puede variar de 965 a 1448 km/h. Por lo tanto, este efecto puede ocurrir cuando la aeronave se mueve a una velocidad menor o igual a la velocidad del sonido.

Y, sin embargo, lo importante es el sonido: de ello depende la “visibilidad” de este cono de vapor detrás del avión. La forma de cono se crea por la fuerza del sonido (en el caso de los aviones) que se mueve más rápido que las ondas sonoras que produce. El efecto Prandtl-Gloert se produce como resultado de la naturaleza ondulatoria de los sonidos.

Nuevamente, piense en el avión como la fuente y el sonido como la cresta de la onda. Estas crestas de ondas sonoras son una serie o capa de círculos superpuestos. Cuando las ondas se superponen, se crea una forma de cono y la punta es la fuente del sonido. Hasta ahora invisible.

Para que el efecto Prandtl-Gloert sea visible para el ojo humano, se necesita otro factor: la alta humedad. Cuando la humedad del aire es lo suficientemente alta, el aire alrededor del cono se condensa y forma la nube que vemos. Este efecto se observa con mayor frecuencia en aviones que vuelan sobre el océano en verano, donde la combinación de agua y calor crea las condiciones ideales para la formación de un cono de vapor visible.

La forma del cono que vemos se debe a la naturaleza ondulatoria del sonido. Imagine un objeto que se mueve a velocidad transónica. Las ondas sonoras que emanan de este objeto se superponen entre sí, creando una forma de cono. Este cono es consecuencia de que las ondas sonoras se mueven más rápido que la fuente de sonido. Así, el cono es una especie de visualización de ondas sonoras que se superponen entre sí.

Cuando un avión se mueve a velocidad transónica, la presión del aire a su alrededor forma lo que se llama onda N. Si pudiéramos frenar la onda expansiva que pasa a través de nosotros, veríamos el componente de compresión principal que crea el comienzo de la forma de N.

Se forma una varilla horizontal a medida que cae la presión, y cuando la presión normal regresa al punto final, vemos el final de la letra N. Este proceso ilustra cómo la presión del aire afecta la forma y apariencia del efecto Prandtl-Gloert.

El efecto lleva el nombre de dos destacados científicos que hicieron importantes contribuciones a su estudio. Ludwig Prandtl (1875-1953) fue un científico alemán que participó en el desarrollo del análisis matemático sistemático en aerodinámica. Hermann Gloert (1892-1934) fue un aerodinámico británico cuyas investigaciones también desempeñaron un papel clave en la comprensión de este fenómeno. Juntos, su trabajo formó la base de lo que hoy conocemos como el efecto Prandtl-Gloert.

¿Quieres ver el efecto Prandtl-Gloert en acción? Para ello sólo necesitas dos cosas: un látigo y un día con mucha humedad. Si puedes batir el látigo como Indiana Jones, puedes crear un cono de vapor pequeño pero notable, similar al efecto Prandtl-Gloert. Sin embargo, vale la pena recordar que es mejor realizar estos experimentos al aire libre y con precaución.

El efecto Prandtl-Gloert no es sólo un fenómeno científico interesante, sino también una herramienta importante para comprender los procesos aerodinámicos. El estudio de este efecto permite a los científicos e ingenieros desarrollar aviones más eficientes y seguros. Además, este efecto continúa inspirando tanto a investigadores como a entusiastas de la aviación, mostrando cómo la ciencia puede ser a la vez compleja y sorprendentemente hermosa.