Come noto il suono non si propaga istantaneamente, ma lo fa con una certa velocità: basti pensare al ritardo tra il bagliore di un fulmine (che ha una velocità di propagazione pari a quella della luce, decisamente più veloce di quella del suono, ma comunque non infinita) ed il suono del tuono, oppure all’esperienza dell’eco in cui la nostra voce compie un cammino di andata e ritorno riflessa dalle pareti di una montagna. La velocità del suono è quindi limitata, ed il suo valore dipende dal mezzo nel quale il suono si sta propagando: se parliamo di aria a temperatura e pressione ambiente, tale valore è di circa 344 m/s, pari a 1240 km/h.
Ma cos’è il suono? E’ un’onda di pressione che si propaga: solitamente l’aria ha la medesima pressione in tutti i punti che ci circondano, ma se in qualche modo costringiamo l’aria ad occupare un volume inferiore (come quando battiamo le mani in un applauso), creiamo una compressione dell’aria che poi si sposta in tutte le direzioni, e che se arriva al timpano del nostro orecchio lo fa vibrare producendo quell’effetto chiamato proprio suono. Maggiore è la compressione dell’aria maggiore è il suono prodotto, tant’è che se le mani che prima abbiamo utilizzato per l’applauso ora le avviciniamo lentamente tra loro l’aria risulta meno compressa e il suono non si sente.
Cosa avviene quando l’oggetto che produce il suono non è fermo sul posto, ma si sta contemporaneamente spostando, e lo fa con una velocità poco inferiore alla velocità del suono che ha prodotto (ad esempio per un jet)? In questo caso la compressione d’aria creata si sposta ancora in tutte le direzioni, ma se guardiamo in particolare al verso in cui si sta spostando l’oggetto tale compressione non si è allontanata così tanto da esso, visto che stanno viaggiando a velocità simili, per cui si crea una maggiore densità di pacchetti d’aria compressa (ricordate che nel frattempo l’oggetto continua a produrre il suono mentre si muove). Se poi l’oggetto aumenta la sua velocità e raggiunge quella del suono, in quell’istante la compressione dell’aria diventa così elevata da generare un’onda d’urto molto intensa che viene percepita sotto forma di “bang”: nel gergo comune si dice che abbiamo rotto il muro del suono, perché l’effetto è così immediato e dirompente come quando si impatta contro un muro.
In fluidodinamica c’è una grandezza che tiene conto di questa relazione tra le velocità: si chiama numero di Mach, viene indicato con M ed è definito come il rapporto tra la velocità dell’oggetto e la velocità del suono
- se l’oggetto si sposta ad una velocità inferiore a quella del suono si ha M < 1, ed il moto si dice subsonico;
- se l’oggetto si sposta ad una velocità superiore a quella del suono si ha M > 1, ed il moto si dice supersonico.
Non è però necessario attendere il passaggio di un jet supersonico per provare a sperimentare il botto dell’abbattimento del muro del suono; possiamo semplicemente prendere una corda e agitarla in aria a mo’ di frusta: quando facciamo compiere all’estremità della fune un movimento sufficientemente veloce possiamo farle superare la velocità del suono, e ce ne accorgiamo sentendo il tipico schioccare della frusta.