Звуковой удар

Физика > Звуковой удар

 

Причины и условия формирования звукового удара. Узнайте, как появляется эффект звукового удара, роль ударной волны, эффект Доплера, число Маха, примеры.

Звуковой удар – звук, основанный на ударных волнах, созданных перемещающимся по воздуху объектом, чья скорость превосходит звуковую.

Задача обучения

• Выявить условия, приводящие к формированию звукового удара.

Основные пункты

• Звуковой удар возникает, когда источник проносится мимо наблюдателя со скоростью, приближенной или превосходящей звуковую.
• Такие удары генерируют огромное количество энергии и напоминают взрывы.
• Созданный звуковым ударом полуугольник конуса можно вывести из обратного синуса числа Маха.

Термины

• Звуковая волна – звуковой эффект, созданный летательным аппаратом, перемещающимся быстрее звуковой скорости.
• Число Маха – соотношение скорости тела к звуку пространства.
• Эффект Доплера – видимое изменение волновой частоты при перемещении наблюдателя и источника относительно друг друга.

Звуковые удары

Звуковой удар – звук, основанный на ударных волнах, сформированных перемещающимся по воздуху объектом, чья скорость превосходит звуковую. Его можно рассматривать как эффект Доплера на стероидах. В таких событиях генерируется масштабный энергетический запас, напоминающий взрыв.

Звуковой источник пробился сквозь барьер звуковой скорости и перемещается с показателем, в 1.4 раза превышающим звуковой. Источник опережает звуковые волны, поэтому двигает волновой фронт. Он пролетит мимо наблюдателя до того, как тот услышит звук

Когда звуковой источник проносится сквозь воздух, то формирует ряд волн давления. Они перемещаются со звуковой скоростью. Если скоростной показатель источника растет, то им не удастся оторваться друг от друга. В результате, они сливаются в единую ударную волну, перемещающуюся на скорости звука. Такие критические показатели именуют числом Маха, а ударные волны создают конус Маха. Полуугольник α можно найти через уравнение:

Звуковая волна, сформированная воздушным судном, перемещающимся на М = 2.92. Рассчитана по углу конуса в 20 градусов. Наблюдатель услышит удар, когда ударная волна по краям конуса промчится мимо его положения

Из ранних статей мы уже знаем, что  отображает число Маха для звукового источника. В передней части заметно резкое превышение давления, а в конце оно также внезапно падает. Этот профиль именуют N-волной. Есть также большой удар, когда давление меняется непредсказуемо, и двойной удар, если перемены в давлении произошли дважды.

---