CIENCIA

Fotografiar la barrera del sonido

Los investigadores del Centro Armstrong de Investigación de Vuelo de la NASA llevan cinco años buscando una imagen perfecta. Y puede que lo hayan conseguido con técnicas que tienen más de 150 años.
En 1864, el físico alemán August Toepler concibió una técnica llamada fotografía Schlieren para utilizar en telescopios con el objetivo de estudiar la dinámica de fluidos y las ondas de choque. Básicamente lo que esta técnica hace es utilizar una fuente de luz única sobre o detrás de un objeto. Las variaciones en los índices de refracción en el fluido (aire, agua, etc.) provocados por las diferentes densidades, crean variaciones espaciales que pueden ser visualizadas. La fotografía Schlieren permite ver las ondas de choque que produce un objeto cuando alcanza velocidades supersónicas. Y esto es importante para la Nasa porque busca crear naves menos ruidosas pero más rápidas. El problema es que no puede fotografiar con suficiente definición (por falta de tecnología) y a baja altura (por estar prohibido por ley) una aeronave rompiendo la barrera del sonido.
de un objeto a velocidad supersónica, la tecnología no había permitido visualizar a los expertos, con el detalle que precisan, estas ondas.
Pero la NASA ha utilizado un nuevo tipo de fotografía Schlieren llamada BOS por sus siglas en inglés, Schlieren con Orientación de Fondo, en la que se superponen imágenes obtenidas de un fondo y luego de un objeto pasando a velocidades supersónicas sobre el mismo sitio. Las ondas de choque se deducen de la distorsión entre ambas imágenes.
Las primeras fotografías con BOS se obtuvieron en 2011 cuando se retrató a un F-18 volando por encima de Mach 1 (la velocidad del sonido) desde otro avión que previamente había fotografiado la zona sobre la que pasaría el avión.
Desde entonces la técnica ha mejorado mucho y se ha comenzado también a utilizar nuevos software de procesamiento de imágenes y fotografía Schliering “sintética” en la cual no se capata una imagen con instrumentos ópticos sino digitales.
Ahora mismo los expertos de la NASA están trabajando para saber qué diseño debería tener un avión para ser menos ruidoso gracias a esta técnica.

Pero no es lo único que se ha hecho con la fotografía Schliering y las ondas de choque.
Mico Hirschberg, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, en Holanda junto a Kazuyoshi Takayama y Kiyonobu Ohtani de la Universidad de Tohoku, en Japón, han logrado una imagen de estas ondas producidas por un trombón. Midiendo la presión en la boquilla, en la mitad del instrumento y en la salida, han señalado ondas que superan en un 1% la velocidad del sonido.

“A Mahler y Tchaikovsky – explica Takayama – les encantaban estas especificaciones dramáticas sin saber sobre ondas de choque. De hecho hoy conocemos casos de músicos que se han sentado delante de los trombones y las han sufrido”.
La investigación en ondas de choque resulta fundamental en medicina por ejemplo. Gracias a ellas es posible destruir piedras en el riñón sin realizar ninguna intervención. De hecho, el profesor Takayama está desarrollando un bisturí que actúa con ondas de choque.

Y si quieres ver en directo cómo funciona la tecnología de fotografía Schliering, aquí lo tienes.