¿Por qué existe la barrera del sonido?

El aire no es una pared sólida frente a una aeronave; se aparta porque la perturbación de presión generada por el morro que se aproxima lo alcanza primero y lo pone en movimiento. Esa perturbación viaja exactamente a la velocidad del sonido, ya que una onda sonora y una señal de presión son lo mismo. Mientras la aeronave sea más lenta que el sonido, la señal va por delante, el aire comienza a desviarse antes de que la aeronave llegue, y el flujo se curva suavemente alrededor de las alas y el fuselaje. Al acelerar la aeronave, la señal tiene cada vez menos ventaja. A la velocidad del sonido no tiene ninguna: la aeronave llega en el mismo instante que su propia onda de presión, y el aire no recibe ningún aviso.

El aire que no puede apartarse de antemano se comprime casi instantáneamente en una capa muy fina, una onda de choque, a través de la cual la presión, la densidad y la temperatura saltan de valor. Crear ese salto requiere energía que procede de la aeronave, y se manifiesta como un aumento repentino de la resistencia aerodinámica, a menudo varias veces el valor subsónico en el rango transónico, entre Mach 0,8 y 1,2. Las ondas de choque se forman primero sobre la superficie curva superior del ala, donde el aire se acelera hasta velocidad supersónica local mientras la aeronave en sí sigue siendo subsónica. Detrás de la onda de choque, el flujo de aire tiende a separarse de la superficie, produciendo fuertes vibraciones y una pérdida de sustentación. La barrera, por tanto, no está en una velocidad exacta; es una franja de velocidades en la que el comportamiento del aire cambia de carácter.

El nombre data de la Segunda Guerra Mundial, cuando los cazas de hélice rápidos en picados pronunciados alcanzaban unos Mach 0,8 y encontraban efectos para los que nadie los había diseñado. Las ondas de choque sobre el ala desplazaban el centro de sustentación hacia atrás, inclinando el morro aún más hacia abajo en el picado, una tendencia llamada Mach tuck. Los elevadores articulados, situados en el aire perturbado detrás de una onda de choque, perdían su autoridad, de modo que tirar de la palanca no servía de nada, y varias aeronaves se rompieron o se estrellaron contra el suelo. Las hélices empeoraban las cosas, porque sus puntas se volvían supersónicas antes que la propia aeronave y perdían empuje. Los ingenieros conocían la física de las balas y los proyectiles de artillería, que atraviesan esa región habitualmente, pero hicieron falta motores a reacción y de cohete, alas finas y un estabilizador horizontal completamente móvil para dar a una aeronave pilotada el empuje y el control necesarios para hacer lo mismo. Una vez que existieron esas herramientas, la barrera siguió siendo real como un aumento de la resistencia y un estampido sónico, pero dejó de ser un límite.