충격파는 소리 속도보다 빠르게 움직일 때 발생하여 유체 특성의 갑작스런 변화를 일으 킵니다.
Shockwave라는 단어가 들리면 여러 이미지가 떠 오릅니다. 폭탄이 나오는 효과는 아마도 가장 두드러진 것일 것입니다. 우리는 종종 선거와 같은 큰 사건이 전국에서“충격파”를 일으켰지 만, 이는 단지 비 유적 충격파라고 말합니다. 당신은 같은 이름의 모호한 마블 슈퍼 히어로에 대해 생각하고 있을지 모르지만 이제 우리는 주제를 벗어나고 있습니다…
물리학에서 충격파가 무엇을 의미하는지, 정확히 어떻게 만들어 졌는지 살펴 보겠습니다.
충격파 란 무엇입니까?
어떤 파도와 마찬가지로 충격파는 매체를 통과하는 교란입니다. 그것들은 얇은 파면으로, 배지의 압력, 온도 및 밀도의 갑작스런 변화를 일으킨다.
충격파는 초음속 흐름에서 발생합니다. 이것은 무언가가 매체의 소리 속도보다 빠른 속도로 이동할 때입니다. 총알이 공기 중의 소리 속도보다 큰 속도로 이동하면 충격파가 발생합니다.
충격파를 시각화하려면 Schlieren 이미징과 같은 특별한 이미징 기술이 필요합니다.
Schlieren 이미징을 사용하여 캡처 한 총알의 충격파. (사진 크레딧 :Nathan Boor /Wikimedia Commons)
충격파가 흐름 방향에 수직 인 방향으로 생성되면 정상 충격이라고합니다. 그들이 각도에서 발생하면, 그들은 경사 충격파라고합니다.
충격파가 어떻게 형성됩니까?
우리가 방법에 도달하기 전에 마하 번호를 살펴 보겠습니다. 이것은 해당 매체의 매체를 통과하는 물체의 속도의 비율입니다. 따라서 Mach 1 Speed는 물체가 사운드 속도로 움직일 때, 트랜스닉 속도라고도합니다.
마하 수.
물을 통해 움직이는 보트를 고려하십시오. 보트는 물의 파도 속도보다 빠른 속도로 움직이고 있으므로 파도는 길을 벗어나야합니다. 이로 인해 우리가 볼 수 있습니다.
고속으로 움직이는 보트는 긴 깨어납니다. (사진 크레딧 :Freevideophotoagency/Shutterstock)
물체가 저속으로 매체를 통과하면 마하 수가 1보다 작습니다. 이 경우, 배지에서 바깥쪽으로 이동하는 중간의 파도는 모든 방향에서 대칭이거나 거의 대칭이 될 것입니다.
속도를 높이면 앞에있는 파도가 압축됩니다. 그들은 더 많은 빈도를 가지며 그 뒤에 파도는 빈도가 적을 것입니다. 우리가 소리의 속도에 도달 할 때까지 물체가 더 빨리 움직일수록 앞쪽의 파도가 조여집니다.
소리의 속도에서, 마하 수는 1과 같으며, 그 시점에서 파도는 물체의 전면에서 조여지고 겹치게됩니다.
.그렇다면 움직이는 물체가 소리의 속도를 초과하면 어떻게됩니까? 파도는 조정하거나 따라 잡을 수 없으며 뒤에 남겨져 있습니다. 후행 파는 팽창 콘의 모양을 만듭니다.
충격파는 초음속 속도로 형성됩니다.
우리 주변의 충격파
충격파를 만드는 것은 무엇입니까? 초음속 항공기는 종종 Mach One의 속도로 여행하기 때문에 명백한 대답입니다. 아래 이미지에서 초음속 항공기가 소리 장벽을 깨는 것을 볼 수 있습니다. 증기 원뿔은 온도 감소와 충격파로 인한 압력으로 인해 발생합니다. 충격파가 우리에게 도달하면, 우리는 우리가 지나가는 제트와 관련된 소닉 붐을 듣습니다.
사운드 장벽을 깨는 초음속 항공기. (사진 크레딧 :Katerina_S/Shutterstock)
아래 그림은 파도가 Subsonic, Mach One 및 초음속 조건에서 어떻게 행동하는지 보여줍니다.
초음속 항공기가 충격파를 만드는 방법 (사진 크레디트 :Fouad A. Saad/Shutterstock)
초음속 속도로 여행하는 총알은 충격파를 생성합니다. 이것이 누군가가 지나갈 때들을 수있는 총알의 '균열'을 일으키는 원인입니다. 아래 멋진 비디오에서는 Schlieren 이미징으로 이러한 파도가 캡처 된 다음 분석됩니다.
채찍을 갈아 입을 때 들리는 소리는 빠르게 움직이는 팁으로 약한 충격파가 생성 된 결과입니다. 예, 맞습니다. 채찍의 끝은 그 균열을 만들기 위해 소리의 속도보다 빠르게 이동합니다!
채찍을 크래킹. (사진 크레딧 :Bernd Zillich/Shutterstock)
천둥 소리는 또한 충격파 현상입니다. 폭죽의 파열은 충격파의 결과입니다. 폭탄 폭발은 비슷하지만 더 큰 구형 충격파를 생성하여 폭발이 충분히 강하면 건물을 두 드릴 수 있습니다. 운석 충격은 또한 그러한 파도를 유발할 것입니다.
항공기 및 폭탄을 넘어
충격파는 초음속 흐름에서 발생합니다. 항공기와 같은 예제로 충격파에 대해 이야기하면 때때로 시각화를 제한 할 수 있습니다. 여기서 우리는 초음속 속도로 움직이는 물체를 생각하고 있지만, 예를 들어 파이프의 모양이나 치수의 변화에 직면하는 파이프를 통해 초음속 속도로 흐르는 유체에 대해 생각할 수도 있습니다. 그러한 경우, 충격파도 만들어 질 것입니다!
