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 скорасць 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 хваль[правіць | правіць зыходнік]

Тэрмадынаміка ударных хваль[правіць | правіць зыходнік]

З макраскапічнага пункту гледжання ударная хваля ўяўляе сабой ўяўную паверхню, на якой тэрмадынамічныя велічыні асяроддзя (якія, як правіла, змяняюцца ў прасторы неперарыўна) адчуваюць неадольныя асаблівасці: канечныя скачкі. Пры пераходзе цераз фронт ударнай хвалі змяняюцца ціск, тэмпература, шчыльнасць рэчыва асяроддзя, а таксама скорасць яго руху адносна фронту ўдарнай хвалі. Усе гэтыя велічыні змяняюцца не незалежна, а звязаны з адной-адзінай характарыстыкай ударнай хвалі, лікам Маха. Матэматычнае ўраўненне, якое звязвае тэрмадынамічныя велічыні да і пасля праходжання ударнай хвалі, называецца ўдарнай адыябатай, або адыябатай Гюгоніа.

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 хваль меншай інтэнсіўнасці.

Паходжанне ударных хваль[правіць | правіць зыходнік]

Гук прадстаўляе сабой ваганні шчыльнасці асяроддзя, якія распаўсюджваюцца ў прасторы. Ураўненне стану звычайных асяроддзяў такое, што ў вобласці павышанага ціску скорасць гуку (гэта значыць скорасць распаўсюджвання ўзбурэнняў) 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 ўдарную 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 вагання шчыльнасці ва ўдарную хвалю патрабуюцца моцныя пачатковыя адхіленні ад раўнавагі. Гэтага можна дабіцца альбо стварэннем гукавой хвалі вельмі вялікай гучнасці, альбо механічна, шляхам калягукавога 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 хваль вялікай інтэнсіўнасці мае велічыню парадку даўжыні свабоднага прабегу малекул газу (больш дакладна — ~ 10 даўжынь свабоднага прабегу, і не можа быць менш за дзве даўжыні свабоднага прабегу; дадзены вынік атрыманы Чэпменам ў пачатку 1950-х). Так як у макраскапічнай газадынаміцы даўжыня свабоднага прабегу павінна разглядацца роўнай нулю, чыста газадынамічныя метады непрыдатныя для даследаванняў унутранай структуры ўдарных хваль вялікай інтэнсіўнасці[2].

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

Ударныя хвалі у спецыяльных умовах[правіць | правіць зыходнік]

Гідрагазааналогія
  • Ударная хваля, шляхам нагрэву асяроддзя, можа выклікаць экзатэрмічную хімічную рэакцыю, што, у сваю чаргу, адаб’ецца і на ўласцівасцях самой ударнай хвалі. Такі комплекс «ударная хваля + рэакцыя гарэння» носіць назву хвалі дэтанацыі.
  • У астрафізічных аб’ектах ударная хваля можа рухацца са скарасцямі, блізкімі да скорасці 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 ўдарных хвалях любой магутнасці.
  • Датычныя ўдарныя 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