El Latigazo Supersónico

Se han dedicado muchos artículos científicos al sonido supersónico al restallar un látigo, artículos que recientemente se han visto acompañados por fascinantes debates acerca del mecanismo físico que lo provoca. Los físicos saben, desde comienzos del siglo XX, que cuando el mango de un látigo se mueve rápidamente y de la forma adecuada, el extremo puede superar la velocidad del sonido. En 1927, el físico Z. Carrière utilizó técnicas fotográficas de alta velocidad para demostrar que había un estampido sónico asociado al restallido del látigo. La explicación tradicional, que no tiene en cuenta la fricción es que a medida que un movimiento de una sección del látigo se desplaza por el mismo y se localiza en porciones cada vez más pequeñas, debe viajar cada vez más rápido para cumplir el principio de conservación de la energía. 

La energía cinética del movimiento de un punto de masa  m viene dada por E=1/2 mv², si E permanece constante y m decrece, la velocidad v debe aumentar. Al final, un trozo de látigo, cerca del extremo, viaja a una velocidad superior a la del sonido (aproximadamente 1.236 kilómetros por hora, a 20°C y con aire seco) y produce un estallido, igual que un avión que supera la velocidad del sonido en el aire. Es posible que los látigos fuesen los primeros instrumentos creados por el hombre, capaces de romper la barrera del sonido.

En 2003, Alain Goriely y Tyler McMillen, expertos en matemática aplicada, representaron el impulso que crea el restallido de un látigo como una onda que se desplaza a lo largo de una varilla elástica de sección decreciente. Escribieron, acerca de la complejidad del mecanismo: “El chasquido es un estallido sónico que se produce cuando una sección del látigo, en el extremo, viaja con una velocidad mayor que la del sonido. 

La rápida aceleración del extremo del látigo, se produce cuando una onda viaja hacia el extremo de la varilla, y la energía formada por la energía cinética del bucle en movimiento, la energía elástica almacenada en el bucle y el momento angular de la varilla, se conecta en una pequeña sección de la misma, para después convertirse en la aceleración del extremo de la varilla”. El diámetro decreciente de la sección de la varilla también incrementa la velocidad máxima.