Ударная волна
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
| Течение жидкостей и газа |
|
| Ползучее течение | |
| Ламинарное течение | |
| Потенциальное течение | |
| Отрыв течения | |
| Вихрь | |
| Неустойчивость | |
| Турбулентность | |
| Конвекция | |
| Ударная волна | |
| Сверхзвуковое течение | |
Уда́рная волна́ — поверхность разрыва, которая движется относительно газа и при пересечении которой давление, плотность, температура и скорость испытывают скачок[1].
Содержание |
[править] Общие макроскопические свойства ударных волн
[править] Термодинамика ударных волн
С макроскопической точки зрения ударная волна представляет собой воображаемую поверхность, на которой термодинамические величины среды (которые, как правило, изменяются в пространстве непрерывно) испытывают устранимые особенности: конечные скачки. При переходе через фронт ударной волны меняются давление, температура, плотность вещества среды, а также скорость её движения относительно фронта ударной волны. Все эти величины изменяются не независимо, а связаны с одной-единственной характеристикой ударной волны, числом Маха. Математическое уравнение, связывающее термодинамические величины до и после прохождения ударной волны, называется ударной адиабатой, или адиабатой Гюгонио.
Ударные волны не обладают свойством аддитивности в том смысле, что термодинамическое состояние среды, возникающее после прохождения одной ударной волн, нельзя получить последовательным пропусканием двух ударных волн меньшей интенсивности.
[править] Происхождение ударных волн
Звук представляет собой плотности среды, распространяющиеся в пространстве. Уравнение состояния обычных сред таково, что в области повышенного давления скорость звука (т. е. скорость распространения возмущений) возрастает (т. е. звук является нелинейной волной). Это неизбежно приводит к явлению опрокидывания решений, которые и порождают ударные волны.
В силу этого механизма, ударная волна в обычной среде — это всегда волна сжатия. Однако в тех системах, в которых скорость распространения возмущений уменьшается с ростом плотности, будет наблюдаться ударная волна разрежения.
Описанный механизм предсказывает неизбежное превращение любой звуковой волны в слабую ударную волну. Однако в повседневных условиях для этого требуется слишком большое время, так что звуковая волна успевает затухнуть раньше, чем нелинейности становятся заметны. Для быстрого превращения колебания плотности в ударную волну требуются сильные начальные отклонения от равновесия. Этого можно добиться либо созданием звуковой волны очень большой громкости, либо механически, путём околозвукового движения объектов в среде. Именно поэтому ударные волны легко возникают при взрывах, при около- и сверхзвуковых движениях тел, при мощных электрических разрядах и т. д.
[править] Микроскопическая структура ударной волны
Ширина ударных волн большой интенсивности имеет величну порядка длины свободного пробега молекул газа. Так как в макроскопической газодинамике длина свободного пробега должна рассматриваться равной нулю, поэтому чисто газодинамические методы непригодны для исследований внутренней структуры ударных волн большой интенсивности[2].
[править] Ударные волны в специальных условиях
- Ударная волна, путём нагрева среды, может вызвать экзотермическую химическую реакцию, что, в свою очередь, отразится и на свойствах самой ударной волны. Такой комплекс «ударная волна + реакция горения» носит название волны детонации.
- В астрофизических объектах ударная волна может двигаться со скоростями, близкими к скорости света. В этом случае ударная адиабата модифицируется[источник не указан 56 дней].
- Ударные волны в замагниченной плазме также обладают своими характерными особенностями. При переходе через разрыв, изменяется также и величина магнитного поля, на что тратится дополнительная энергия. Это влечёт за собой существование максимально возможного коэффициента сжатия плазмы при сколь угодно сильных ударных волнах.
- Касательные ударные волны представляют собой поверхность разрыва смешанного (нормального и тангенциального) типа.
[править] См. также
[править] Ссылки
[править] Примечания
 |
Это незавершённая статья о звуке. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
 |
Это незавершённая статья по физике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
