Sóng xung kích

Một phần của chuỗi bài viết về
Cơ học cổ điển
${\displaystyle {\textbf {F}}={\frac {d}{dt}}(m{\textbf {v}})}$ Định luật 2 của Newton về chuyển động
Lịch sử Dòng thời gian Sách giáo khoa
Các nhánh Ứng dụng Thiên thể Môi trường liên tục Dynamics Chuyển động học Tĩnh học Thống kê
Động học chất điểm Vị trí Độ dịch chuyển Thời gian Hệ quy chiếu Vận tốc Vận tốc trung bình Vận tốc tức thời Gia tốc Gia tốc tức thời Gia tốc trung bình Không gian
Động lực học chất điểm Lực Trọng lực Lực pháp tuyến Lực ma sát Lực đàn hồi Lực căng Lực cản Ba định luật Newton Định luật thứ nhất của Newton Định luật thứ hai của Newton Định luật thứ ba của Newton
Năng lượng và Bảo toàn năng lượng Năng lượng Công Công suất Cơ năng Động năng Thế năng Thế năng đàn hồi Thế năng hấp dẫn Đinh lí công - động năng Định luật bảo toàn năng lượng
Cơ học vật rắn Chuyển động quay của vật rắn Vị trí góc Trục quay Đường mốc Độ dời góc Vận tốc góc Vận tốc góc trung bình Vận tốc góc tức thời Gia tốc góc Gia tốc góc trung bình Gia tốc góc tức thời Động năng quay Quán tính quay Định lí trục song song Mômen quay Định luật thứ hai của Newton dưới dạng góc Công quay Vật lăn Mômen động lượng Định luật bảo toàn mômen động lượng Tiến động của con quay Cân bằng tĩnh
Hệ hạt và Tương tác hạt Khối tâm Định luật thứ hai của Newton cho hệ hạt Động lượng Định luật bảo toàn động lượng Va chạm Định lí xung lượng - động lượng Va chạm đàn hồi một chiều Va chạm không đàn hồi Va chạm hai chiều
Dao động cơ và Sóng cơ Tần số Chu kì Chuyển động điều hoà đơn giản Biên độ Pha (dao động cơ) Hằng số pha Biên độ vận tốc Biên độ gia tốc Dao động tử điều hoà tuyến tính Con lắc Con lắc xoắn Con lắc đơn Con lắc vật lí Chuyển động điều hoà tắt dần Dao động cưỡng bức Sự cộng hưởng Sóng ngang Sóng dọc Sóng sin tính Bước sóng Giao thoa sóng cơ Sóng dừng Sóng âm Cường độ âm Mức cường độ âm Phách Hiệu ứng Doppler Sóng xung kích
Các nhà khoa học Kepler Galileo Huygens Newton Horrocks Halley Daniel Bernoulli Johann Bernoulli Euler d'Alembert Clairaut Lagrange Laplace Hamilton Poisson Cauchy Routh Liouville Appell Gibbs Koopman von Neumann
Cổng thông tin Vật lý  Thể loại
x t s

Sóng xung kích (tiếng Anh: shock wave) là một mặt gián đoạn lan truyền trong các môi trường vật chất (thường gặp trong môi trường chất lưu như môi trường chất khí, chất lỏng, plasma,...) mà khi đi qua mặt truyền sóng các thông số khí động, nhiệt động như mật độ, áp suất, nhiệt độ, vận tốc, entropy,... bị gián đoạn với các bước nhảy hữu hạn^[1]. Cần phân biệt sóng xung kích với các sóng xuất hiện từ các va chạm sinh ra. Trong trường hợp sau thì không phải bản thân các thông số khí động và nhiệt động gián đoạn trên mặt truyền sóng mà là đạo hàm của chúng bị gián đoạn.

Các tính chất vĩ mô của sóng xung kích

Nhiệt động lực học sóng xung kích

Từ cái nhìn vĩ mô sóng xung kích được xem xét như một mặt tưởng tượng mà trên đó các đại lượng nhiệt động lực học của môi trường (các thông số này về nguyên tắc là các hàm liên tục theo không gian) có các điểm kì dị có thể bỏ qua: bước nhảy hữu hạn. Khi đi qua mặt truyền sóng xung kích giá trị của áp suất, nhiệt độ, mật độ vật chất của môi trường, và cả vận tốc chuyển động của môi trường đối với mặt truyền sóng xung kích đều có sự đột biến. Tất cả các đại lượng này biến đổi không độc lập tuyến tính mà liên hệ bởi một đặc tính duy nhất của sóng xung kích - số Mach. Phương trình toán học liên hệ các đại lượng nhiệt động trước và sau mặt truyền sóng xung kích được gọi là hệ thức đẳng áp xung kích, hoặc là đẳng áp Hugoniot (Hu-gô-ni-ô).

Các sóng xung kích không mang tính chất cộng, tức là trạng thái nhiệt động của môi trường xuất hiện sau một sóng xung kích không thể nhận được bằng cách tổng hợp hai sóng xung kích có cường độ yếu hơn.

Cấu trúc vi mô của sóng xung kích

Độ dày của sóng xung kích cường độ lớn thường vào khoảng độ dài bước nhảy tự do của phân tử khí (chính xác hơn là khoảng 10 lần độ dài bước nhảy tự do, và không thể nhỏ hơn 2 lần giá trị này; kết quả này được đưa ra bởi Chapman vào những năm đầu thập kỉ 50). Trong khí động lực học vĩ mô thì độ dài chuyển động tự do được xem là vô cùng nhỏ (xấp xỉ bằng không), các phương pháp khí động học đơn thuần không thể đem ứng dụng vào việc nghiên cứu cấu trúc của sóng xung kích với cường độ lớn.

Để phục vụ mục đích nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc của sóng xung kích người ta thường sử dụng lý thuyết động học. Bài toán về cấu trúc của sóng xung kích không có lời giải giải thích, nhưng cũng có thể sử dụng các mô hình đã được đơn giản hóa. Một trong những mô hình đó là mô hình Tamm-Mott-Smith

Vận tốc truyền sóng xung kích

Vận tốc truyền sóng xung kích trong môi trường cao hơn vận tốc âm thanh trong môi trường đó. Cường độ sóng càng lớn thì vận tốc truyền sóng càng cao. Cường độ của sóng xung kích được đánh giá dựa vào tỉ lệ giữa độ chênh lệch áp suất trước và sau mặt truyền sóng so với áp suất của môi trường

(p_{trước mặt sóng xung kích}-p_{sau mặt sóng xung kích})/(p_{môi trường})

Tham khảo

1. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: ГИ ТТЛ, 1950. - 165 с.