Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

УДА́РНАЯ ВОЛНА́

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 32. Москва, 2016, стр. 676

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Н. М. Кузнецов

УДА́РНАЯ ВОЛНА́, ска­чок дав­ле­ния, плот­но­сти, ско­ро­сти те­че­ния ве­ще­ст­ва и др. па­ра­мет­ров, дви­жу­щий­ся по ве­ще­ст­ву со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью. Ин­тен­сив­ность У. в. ха­рак­те­ри­зу­ют от­но­си­тель­ным скач­ком дав­ле­ния p: (p2-p1)/p1 или Ма­ха чис­лом v1/c1, где v – ско­рость У. в. от­но­си­тель­но ве­ще­ст­ва, c – ско­рость зву­ка в сре­де, ин­дек­сы 1 и 2 от­но­сят­ся со­от­вет­ст­вен­но к па­ра­мет­рам пе­ред скач­ком и за ним. Скач­ки дав­ле­ния, плот­но­сти ρ и ско­ро­сти свя­за­ны за­ко­на­ми со­хра­не­ния мас­сы, им­пуль­са и энер­гии, из ко­торых сле­ду­ют со­от­но­ше­ния: p2-p1=ρ1DU; ρ2/ρ1=D/(D-U), где D и U – со­от­вет­ст­вен­но ско­рость У. в. и ско­рость ве­ще­ст­ва за скач­ком в ла­бо­ра­тор­ной сис­те­ме ко­ор­ди­нат. Ско­ро­сти D и U свя­за­ны со ско­ро­стя­ми те­че­ния в сис­те­ме ко­ор­ди­нат скач­ка (v1 и v2) со­от­но­ше­ния­ми D=v1, U=v1-v2.

У. в. об­ра­зу­ет­ся в разл. сре­дах (воз­ду­хе, во­де, плаз­ме и др.) при взры­вах, мощ­ных элек­трич. раз­ря­дах, дви­же­нии снеж­ных ла­вин, дви­же­нии ЛА со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью и т. п. Напр., продук­ты взры­ва, имею­щие вы­со­кие темп-ру, дав­ле­ние и плот­ность, рас­ши­ря­ясь, сжи­ма­ют ок­ру­жаю­щий воз­дух. В ка­ж­дый мо­мент вре­ме­ни сжа­тым ока­зы­ва­ет­ся лишь воз­дух, на­хо­дя­щий­ся в ог­ра­ни­чен­ном объ­ё­ме. По­верх­ность, ко­то­рая от­де­ля­ет воз­му­щён­ный воз­дух от не­воз­му­щён­но­го, пред­став­ля­ет со­бой удар­ную вол­ну.

Из­ме­рив при за­дан­ном со­стоя­нии ве­ще­ст­ва пе­ред У. в. ве­ли­чи­ны D и U, вы­чис­ля­ют p2 и ρ2 по при­ве­дён­ным вы­ше фор­му­лам. По­вто­ряя та­кие из­ме­ре­ния для У. в. разл. ин­тен­сив­но­стей, по­лу­ча­ют за­ви­си­мость p2 от ρ2 в ви­де кри­вой, на­зы­вае­мой удар­ной адиа­ба­той или адиа­ба­той Гю­го­ньо. Внутр. энер­гия 2 на удар­ной адиа­ба­те удов­ле­тво­ря­ет урав­не­нию Гю­го­ньо: 2-1=(1/2)(p1+p2)(1/ρ1-1/ρ2).

В ла­бо­ра­то­ри­ях и на по­ли­го­нах У. в. ис­поль­зу­ют для изу­че­ния тер­мо­ди­на­мич. и ки­не­тич. свойств ве­ществ при вы­со­ких дав­ле­ни­ях и темп-рах. В га­зах У. в. по­лу­ча­ют в удар­ной тру­бе, со­стоя­щей из двух сек­ций, раз­де­лён­ных мем­бра­ной и за­пол­нен­ных га­за­ми вы­со­ко­го и низ­ко­го дав­ле­ния. При бы­ст­ром раз­ру­ше­нии мем­бра­ны им­пуль­сом элек­трич. то­ка по сек­ции низ­ко­го дав­ле­ния рас­про­стра­ня­ет­ся У. в. В кон­ден­си­ров. сре­дах (твёр­дых те­лах и жид­ко­стях) силь­ные У. в. по­лу­ча­ют ис­поль­зуя мощ­ные ВВ (тро­тил, гек­со­ген, ок­то­ген и др.). При де­то­на­ции кон­ден­си­ров. ВВ воз­ни­ка­ют и пе­ре­хо­дят в ис­сле­дуе­мое ве­ще­ст­во У. в. с дав­ле­ни­ем до не­сколь­ких со­тен кбар. При ис­поль­зо­ва­нии ку­му­ля­тив­ных за­ря­дов (см. Ку­му­ля­тив­ный эф­фект) дос­ти­га­ют­ся дав­ле­ния по­ряд­ка ме­га­бар. Для по­лу­че­ния У. в. очень боль­шой ин­тен­сив­но­сти ис­поль­зу­ют­ся так­же спец. га­зо­вые и др. пуш­ки, ко­то­ры­ми раз­го­ня­ют сна­ря­ды (пла­сти­ны), уда­ряю­щие по пре­гра­де из ис­сле­дуе­мо­го ве­ще­ст­ва. При по­мо­щи У. в. (ис­поль­зуя ме­то­ды её по­луче­ния и ди­аг­но­сти­ки, раз­ра­бо­тан­ные в 1940–50-х гг.) ис­сле­ду­ют свой­ст­ва ве­ществ при экс­тре­маль­но вы­со­ких дав­ле­ни­ях и темп-рах.

Хо­тя в гид­ро­ди­на­ми­ке У. в. рас­смат­ри­ва­ет­ся как раз­рыв, в дей­ст­ви­тель­но­сти она пред­став­ля­ет со­бой пе­ре­ход­ный слой ко­неч­ной ши­ри­ны. В этом слое про­ис­хо­дят не­об­ра­ти­мые про­цес­сы пе­ре­хо­да ве­ще­ст­ва из на­чаль­но­го (пе­ред У. в.) в ко­неч­ное (за ней) со­стоя­ние. В плот­ных (не­раз­ре­жен­ных) га­зах ши­ри­на У. в. обыч­но пре­неб­ре­жи­мо ма­ла́ по срав­не­нию с раз­ме­ра­ми об­лас­тей не­пре­рыв­но­го те­че­ния по обе сто­ро­ны от У. в. Но в раз­ре­жен­ных га­зах воз­мож­на др. кар­ти­на. Напр., на боль­ших вы­со­тах в ат­мо­сфе­ре пе­ред ЛА, дви­жу­щим­ся со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью, мо­жет воз­ни­кать У. в. с ши­ри­ной, бoльшей, чем рас­стоя­ние от на­ча­ла пе­ре­ход­но­го слоя до по­верх­но­сти ЛА.

У. в., как и др. вол­ны, мож­но фо­ку­си­ро­вать. Это свой­ст­во ис­поль­зу­ют для ис­сле­до­ва­ния ве­ществ в экс­тре­маль­ных со­стоя­ни­ях, воз­ни­каю­щих в спец. тех­нич. кон­ст­рук­ци­ях (напр., при взры­вах ку­му­ля­тив­ных сна­ря­дов мощ­ных ВВ). Фо­ку­си­ров­ка У. в. при­ме­ня­ет­ся и в ме­ди­ци­не, напр. для раз­ру­ше­ния кам­ней в поч­ках.

Лит.: Сту­по­чен­ко Е. В., Ло­сев С. А., Оси­пов А. И. Ре­лак­са­ци­он­ные про­цес­сы в удар­ных вол­нах. М., 1965; Куз­не­цов Н. М. Тер­мо­ди­на­ми­че­ские функ­ции и удар­ные адиа­ба­ты воз­ду­ха при вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах. М., 1965; Удар­ные вол­ны и экс­тре­маль­ные со­стоя­ния ве­ще­ст­ва / Под ред. В. Е. Фор­то­ва и др. М., 2000; Лан­дау Л. Д., Лиф­шиц Е. М. Гид­ро­ди­на­ми­ка. 5-е изд. М., 2006; Зель­до­вич Я. Б., Рай­зер Ю. П. Фи­зи­ка удар­ных волн и вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных гид­ро­ди­на­ми­че­ских яв­ле­ний. 3-е изд. М., 2008.

Вернуться к началу