El pato Doppler y la barrera del sonido

Hace unos días paseaba por unos jardines llenos de lagos y me fijé en las ondulaciones que hacía un pato en uno de ellos, muy calmado lejos del pato.

El rozamiento del pecho del pato con el agua genera ondas en la superficie del lago, pero esas ondas no las vemos circulares como cuando tiramos una piedra. La razón es que el pato se va desplazando, y cada nueva ondulación está más cerca de la anterior en la dirección de desplazamiento y más lejos en otras. Los círculos no llegan a cerrarse porque el propio cuerpo del pato extingue la propagación en la dirección contraria a su movimiento. Al ser un pato de verdad, y no puntual, no se ven ondas circulares, unas dentro de otras, como aparecen en los libros, o en otros experimentos de río).

El pato se desplaza prácticamente a la misma velocidad a la que lo hacen las ondas: está a punto de romper la barrera del sonido en la superficie del lago. De hecho la ondulación intensa que se ve un poco arriba y a la izquierda de la cabeza se ha formado por la reunión de varias ondas en el mismo punto, es lo que se llama una "onda de choque". Esas ondas de choque se producen cuando se igualan ambas velocidades, así que el pato está frenando y unos instantes atrás iba a la misma velocidad a la que se desplazan las ondulaciones.

En las imágenes que he copiado debajo del pato (esas no son mías, proceden ambas de esta explicación del efecto Doppler) se observa el mismo comportamiento. A la izquierda la foto de una bala al poco de ser disparada, en el momento en que su velocidad es muy próxima a la del sonido en el aire. Tanto las ondas de choque que produce su rozamiento como las turbulencias tras su paso se observan porque al cambiar la presión del aire lo hace también la forma en que la luz lo atraviesa: el índice de refracción del aire cambia con su presión. A la derecha un avión en el momento de romper la barrera del sonido. El ruido de sus motores (y el sonido que produce el rozamiento justo detrás de la carlinga) producen unas ondas de choque que hacen condensar gotitas de agua, creando una especie de nube con la forma de la onda de choque, que es lo que se ve en la foto, en este caso en 3D, no como la bala o el pato dónde solo apreciamos el efecto en dos dimensiones. La rotura de la barrera del sonido por aviones en ambientes muy húmedos, produciendo el cono de la figura, se ha filmado varias veces y hay muchos vídeos en internet; por escoger uno, este que tiene una explicación de del fenómeno en 2,5 minutos en un inglés británico estupendo. Pero vamos, yo lo entiendo mejor con el pato, al que llamaremos Doppler.

(Vaya, al poner el último enlace descubro que en la entrada del efecto Doppler en la Wikipedia en inglés, hay una foto como la mía, con un cisne en ese caso. Que difícil es ser orignal en estas cosas. Espero al menos ser claro)