Porque é que se "quebra" a barreira do som?

O ar transmite perturbações de pressão à velocidade do som, cerca de 340 m/s (1225 km/h, 661 kn) ao nível do mar e mais próximo de 295 m/s (1062 km/h) no ar frio da altitude de cruzeiro dos aviões comerciais. Um avião que se move mais lentamente envia um aviso à sua frente: o seu campo de pressão alcança o ar em frente, e o fluxo divide-se suavemente. Ao aproximar-se de Mach 1, o aviso chega com cada vez menos antecedência, e a Mach 1 deixa de chegar. O ar é atingido sem aviso, e a sua pressão, densidade e temperatura mudam quase instantaneamente através de uma superfície fina: uma onda de choque.

Muito antes de o avião no seu conjunto atingir Mach 1, o ar que acelera sobre a superfície curva da ala torna-se localmente supersónico, pelo que, a velocidades de voo de cerca de Mach 0,8, já surgem pequenas ondas de choque na ala. A faixa entre cerca de Mach 0,8 e 1,2 é o regime transónico, e é aí que reside o problema.

No regime transónico, a resistência aumenta abruptamente, por vezes multiplicando-se várias vezes, porque as ondas de choque consomem energia e engrossam a camada-limite atrás delas. Pior ainda: os choques deslocam-se ao longo da ala com a velocidade, deslocando o centro de sustentação para trás e privando a cauda de um escoamento limpo. Os pilotos dos últimos caças a pistão do final da guerra, que entravam em picadas a alta velocidade, sentiam um forte abaixamento do nariz, comandos aparentemente bloqueados e vibrações violentas; alguns aviões desfizeram-se no ar. Para os engenheiros da década de 1940, o aumento de resistência no gráfico parecia uma parede, e a imprensa chamou-lhe a barreira do som.

A solução não residiu apenas na força bruta, mas na geometria: alas finas, enflechamento para reduzir o número de Mach efetivo percebido pela ala, um estabilizador horizontal totalmente móvel para preservar o controlo de arfagem e, mais tarde, a regra da área, que suaviza a variação da secção transversal ao longo da fuselagem. Em 14 de outubro de 1947, Chuck Yeager levou o Bell X-1, movido a foguete e moldado como um cartucho de calibre .50 com alas retas e finas, a Mach 1,06 a cerca de 13 000 m (43 000 ft) de altitude. A parede tinha sido quebrada, e o outro lado revelou-se mais calmo: uma vez que o fluxo se torna totalmente supersónico, estabiliza, e a resistência, embora elevada, deixa de aumentar tão abruptamente.

As ondas de choque não desaparecem depois de um avião ultrapassar Mach 1; arrastam-se atrás dele como um cone, cujo ângulo de abertura depende do número de Mach. Onde o cone toca o solo, as pessoas ouvem um estrondo sónico, normalmente um duplo estrondo, porque o choque do nariz e o choque da cauda chegam com uma fração de segundo de intervalo. É por isso que geralmente se diz que se "quebra" a parede, em vez de "cruzá-la": o evento audível é uma libertação de energia real e súbita, e acompanha o avião enquanto este mantiver velocidade supersónica.