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Calculadora de la velocidad del sonido y de Mach
La velocidad del sonido no es una constante única. Depende de lo cálido que esté el aire, y el número de Mach es solo una proporción de una velocidad respecto a esa velocidad local del sonido. Introduce una temperatura para ver la velocidad del sonido en cuatro unidades, y luego añade cualquier velocidad para obtener su número de Mach.
a = 331.3 × √(1 + tempC / 273.15) m/s · 1 m/s = 2.23694 mph · Mach = velocidad (m/s) ÷ a
La calculadora
El campo superior es la temperatura del aire en Celsius. A partir de ella la herramienta calcula la velocidad del sonido y la muestra en metros por segundo, millas por hora, kilómetros por hora y knots. El par de campos inferior toma una velocidad en mph y la divide entre esa misma velocidad del sonido para dar el número de Mach. Cambia cualquier dato y todos los resultados se actualizan en vivo. Los valores por defecto modelan aire cálido a nivel del mar a 20 grados Celsius, donde la velocidad del sonido es de unos 343.2 m/s, y un avión a 600 mph, que da aproximadamente Mach 0.78.
Por qué la temperatura cambia la velocidad del sonido
El sonido es una onda de presión que las moléculas de aire transmiten al chocar entre sí. Cuanto más caliente está el aire, más rápido se mueven ya esas moléculas, así que transmiten la onda antes y el sonido viaja más deprisa. El aire frío hace lo contrario: moléculas más lentas, sonido más lento. La presión y la altitud apenas importan por sí solas, porque el aire más enrarecido tiene a la vez menos moléculas y más espacio para que se desplacen, y esos dos efectos se cancelan. Lo que queda es la temperatura.
Esta es la razón por la que Mach 1 es más lento en lo alto de la atmósfera. El aire a altitud de crucero puede situarse cerca de menos 50 grados Celsius, donde la velocidad del sonido cae a unas 670 mph, muy por debajo de las aproximadamente 768 mph del aire cálido a nivel del suelo. Un avión mantiene el mismo número de Mach con una velocidad verdadera menor allí arriba, simplemente porque la propia barrera del sonido ha bajado a su encuentro.
Velocidad del sonido por temperatura del aire
| Temp (C) | m/s | mph | km/h | knots |
|---|---|---|---|---|
| -50 | 299.4 | 669.8 | 1078.0 | 582.1 |
| -20 | 318.9 | 713.4 | 1148.2 | 620.0 |
| 0 | 331.3 | 741.1 | 1192.7 | 644.0 |
| 15 | 340.3 | 761.2 | 1225.0 | 661.4 |
| 20 | 343.2 | 767.7 | 1235.6 | 667.2 |
| 35 | 351.9 | 787.1 | 1266.8 | 684.0 |
Qué significan los números de Mach
Subsónico abarca todo lo que está por debajo de Mach 1, el rango donde ocurre casi todo el vuelo. Transónico, aproximadamente de Mach 0.8 a 1.2, es la zona incómoda donde parte del flujo de aire se vuelve supersónico mientras el resto sigue por debajo de la velocidad del sonido, por lo que los aviones de pasajeros vuelan justo por debajo. Supersónico significa más rápido que Mach 1, donde el avión adelanta a sus propias ondas de presión y produce un estampido sónico. Hipersónico empieza en torno a Mach 5 y trae un calentamiento intenso, el régimen de los vehículos de reentrada y los misiles avanzados.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la velocidad del sonido en mph?
A 20 grados Celsius la velocidad del sonido es de unos 343 m/s, lo que equivale aproximadamente a 768 mph o 1,236 km/h. El valor sube con aire más cálido y baja con aire más frío, así que no hay una única cifra fija. En el punto de congelación baja a unas 741 mph.
¿Cambia la velocidad del sonido con la altitud?
Sí, pero la causa es la temperatura, no la altitud en sí. El aire se enfría a medida que subes por la troposfera, y el aire más frío transporta el sonido más despacio. A una altitud de crucero típica, cerca de menos 50 grados Celsius, la velocidad del sonido ronda las 670 mph, muy por debajo de las 768 mph que obtienes a nivel del suelo con aire cálido.
¿Qué es Mach 1?
Mach 1 es la velocidad del sonido en el aire circundante. El número de Mach es una proporción, no una velocidad fija: un objeto viaja a Mach 1 cuando se mueve exactamente a la velocidad local del sonido. Como esa velocidad depende de la temperatura, Mach 1 es un número de mph distinto al nivel del mar que en lo alto de la atmósfera.
¿Por qué Mach 1 es más lento a gran altitud?
El sonido viaja mediante colisiones entre moléculas de aire, y las moléculas más cálidas se mueven más rápido, así que transmiten la onda de presión más deprisa. En lo alto de la atmósfera el aire está muy frío, las moléculas son más lentas y la velocidad del sonido baja. Como Mach 1 solo significa la velocidad local del sonido, el propio Mach 1 es más lento ahí arriba.
¿Cómo se calcula el número de Mach?
Divide la velocidad del objeto entre la velocidad local del sonido, usando las mismas unidades para ambas. Primero halla la velocidad del sonido a partir de la temperatura del aire, luego convierte la velocidad del objeto a m/s y divide. Por ejemplo, 600 mph son 268 m/s, y a 20 grados Celsius eso da Mach 0.78.
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