Ударная хваля

З пляцоўкі Вікіпедыя.
Перайсці да: рух, знайсці
Гідрадынаміка
Flow separation.jpg
Цячэнне вадкасцей і газаў
Гл. таксама «Фізічны партал»

Ударная хваля - паверхня разрыву, якая рухаецца ўнутры асяроддзя, пры гэтым ціск, шчыльнасць, тэмпература і хуткасць адчуваюць скачок[1]. Часта блытаюць з паняццем хваля ад удару, гэта не адно і тое ж, у другім выпадку не самі параметры адчуваюць скачок, а іх вытворныя.

Агульныя макраскапічныя уласцівасці ударных хваляў[правіць | правіць зыходнік]

Тэрмадынаміка ударных хваляў[правіць | правіць зыходнік]

З макраскапічнага пункту гледжання ударная хваля ўяўляе сабой ўяўную паверхню, на якой тэрмадынамічныя велічыні асяроддзя (якія, як правіла, змяняюцца ў прасторы бесперапынна) адчуваюць неадольныя асаблівасці: канчатковыя скокі. Пры пераходзе праз фронт ударнай хвалі змяняюцца ціск, тэмпература, шчыльнасць рэчыва асяроддзя, а таксама хуткасць яго руху адносна фронту ударнай хвалі. Усе гэтыя велічыні змяняюцца не незалежна, а звязаны з адной-адзінай характарыстыкай ударнай хвалі, лікам Маха. Матэматычнае ураўненне, якое злучае тэрмадынамічныя велічыні да і пасля праходжання ударнай хвалі, называецца ўдарнай адыябатаой, або адыябатой Гюгоныё.

Ударныя хвалі не валодаюць уласцівасцю адытыўнасці у тым сэнсе, што тэрмадынамічны стан асяроддзя, якое ўзнікае пасля праходжання адной ударнай хваляй нельга атрымаць паслядоўным прапусканнем двух ударных хваляў меншай інтэнсіўнасці.

Паходжанне ударных хваляў[правіць | правіць зыходнік]

Гук прадстаўляе сабой ваганні шчыльнасці асяроддзя, якія распаўсюджваюцца ў прасторы. Ураўненне стану звычайных асяроддзяў такое, што ў вобласці павышанага ціску хуткасць гуку (гэта значыць хуткасць распаўсюджвання абурэнняў) узрастае (гэта значыць гук з'яўляецца нелінейнай хваляй). Гэта непазбежна прыводзіць да з'явы перакульвання рашэнняў, якія і спараджаюць ударныя хвалі.

У сілу гэтага механізму, ударная хваля ў звычайным асяроддзі - гэта заўсёды хваля сціску.

Апісаны механізм прадказвае непазбежнае ператварэнне любой гукавой хвалі ў слабую ударную хвалю. Аднак у паўсядзённых умовах для гэтага патрабуецца занадта вялікі час, так што гукавая хваля паспявае затухнуць раней, чым нелінейнасці становяцца прыкметныя. Для хуткага ператварэння ваганні шчыльнасці ў ударную хвалю патрабуюцца моцныя пачатковыя адхіленні ад раўнавагі. Гэтага можна дамагчыся альбо стварэннем гукавой хвалі вельмі вялікай гучнасці, альбо механічна, шляхам калягукавага руху аб'ектаў у асяроддзі. Менавіта таму ударныя хвалі лёгка ўзнікаюць пры выбухах, пры каля- і звышгукавых рухах цел, пры магутных электрычных разрадах і г. д.

Мікраскапічная структура ударнай хвалі[правіць | правіць зыходнік]

Шырыня ўдарных хваляў вялікай інтэнсіўнасці мае велічыню парадку даўжыні вольнага прабегу малекул газу (больш дакладна - ~ 10 даўжынь вольнага прабегу, і не можа быць менш за 2 даўжынь вольнага прабегу; дадзены вынік атрыманы Чэпменам ў пачатку 1950-х). Так як у макраскапічнай газадынаміцы даўжыня вольнага прабегу павінна разглядацца роўнай нулю, чыста газадынамічныя метады непрыдатныя для даследаванняў ўнутранай структуры ўдарных хваляў вялікай інтэнсіўнасці[2].

Для тэарэтычнага вывучэння мікраскапічнай структуры ўдарных хваляў ўжываецца кінетычная тэорыя. Аналітычна задача аб структуры ўдарнай хвалі не вырашаецца, але ўжываецца шэраг спрошчаных мадэляў. Адной з такіх мадэляў з'яўляецца мадэль Тама-Мота-Сміта[3][4].

Ударныя хвалі у спецыяльных умовах[правіць | правіць зыходнік]

Гідрагазааналогія
  • Ударная хваля, шляхам нагрэву асяроддзя, можа выклікаць экзатэрмическую хімічную рэакцыю, што, у сваю чаргу, адаб'ецца і на уласцівасцях самой ударнай хвалі. Такі комплекс «ударная хваля + рэакцыя гарэння» носіць назву хвалі дэтанацыі.
  • У астрафізічных аб'ектах ударная хваля можа рухацца з хуткасцямі, блізкімі да хуткасці святла. У гэтым выпадку ўдарная адыябата мадыфікуецца.
  • Ударныя хвалі ў замагнічанай плазме таксама валодаюць сваімі характэрнымі асаблівасцямі. Пры пераходзе праз разрыў, змяняецца таксама і велічыня магнітнага поля, на што траціцца дадатковая энергія. Гэта цягне за сабой існаванне максімальна магчымага каэфіцыента сціску плазмы пры калі заўгодна моцных ўдарных хвалях.
  • Датычныя ударныя хвалі ўяўляюць сабой паверхню разрыву змешанага (нармальнага і тангенцыйнага) тыпу.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: ГИ ТТЛ, 1950. — 165 с.
  2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика:Учебное пособие в 10 т. Т. VI Гидродинамика. Москва: Наука, 1986 с.494
  3. Mott-Smith, H. M. (1951-06-15). "The Solution of the Boltzmann Equation for a Shock Wave". Physical Review 82 (6): 885. doi:10.1103/PhysRev.82.885. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.82.885. Retrieved on 2010-04-12. 
  4. Тамм И. Е. Труды Физического института им. Лебедева АН СССР 29 (1965). Работа выполнена в 1947 г.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Шаблон:Sound-stub