Соққы толқындары: Физикалық сипаттама және қасиеттері
Shock wave
Физикадағы соққы толқындары: дыбыс жылдамдығынан артық жылдамдықпен таралатын, қысым, температура мен тығыздықта күрт өзгеретін бұзылыстар. Соққы толқындары, дыбыстық жарылыс туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Таралушы бұзылу
Propagating disturbance
Физикада соққы толқыны (соққы толқыны деп те жазылады) немесе соққы – ортадағы дыбыстың жергілікті жылдамдығынан жылдам қозғалатын таралушы бұзылудың түрі. Қарапайым толқын сияқты, соққы толқыны энергияны тасымалдайды және орта арқылы таралуы мүмкін, бірақ ортаның қысымы, температурасы және тығыздығының күрт, дерлік үздірілмейтін өзгеруімен сипатталады. Салыстыру үшін, үсақ жылдамдық ағындарында, Prandtl-Meyer кеңеюі деп те аталатын кеңею желдеткіші арқылы қосымша кеңеюге қол жеткізуге болады. Сонымен қатар кеңейту толқыны жақындап, соқтығысып, соққы толқынымен қайта бірігіп, деструктивті интерференция процесін тудырады. Ұшқыш аппараттың өтуімен байланысты дыбыстық соққы – бұл конструктивті интерференция нәтижесінде пайда болатын дыбыс толқынының түрі. Солитоннан (басқа бір сызықты емес толқын) айырмашылығы, соққы толқынының энергиясы мен жылдамдығы қашықтықпен бірге салыстырмалы түрде жылдам таралады. Соққы толқыны материя арқылы өткенде энергия сақталады, бірақ энтропия артады. Материяның қасиеттеріндегі бұл өзгеріс жұмыс ретінде алынатын энергияның төмендеуі және үсақ жылдамдық объектілерге әсер ететін сүйреу күші ретінде көрінеді; соққы толқындары – бұл күшті қайтымсыз процестер.
In physics, a shock wave (also spelled shockwave), or shock, is a type of propagating disturbance that moves faster than the local speed of sound in the medium. Like an ordinary wave, a shock wave carries energy and can propagate through a medium but is characterized by an abrupt, nearly discontinuous, change in pressure, temperature, and density of the medium. For the purpose of comparison, in supersonic flows, additional increased expansion may be achieved through an expansion fan, also known as a Prandtl–Meyer expansion fan. The accompanying expansion wave may approach and eventually collide and recombine with the shock wave, creating a process of destructive interference. The sonic boom associated with the passage of a supersonic aircraft is a type of sound wave produced by constructive interference. Unlike solitons (another kind of nonlinear wave), the energy and speed of a shock wave alone dissipates relatively quickly with distance. When a shock wave passes through matter, energy is preserved but entropy increases. This change in the matter's properties manifests itself as a decrease in the energy which can be extracted as work, and as a drag force on supersonic objects; shock waves are strongly irreversible processes.
Үзіліссіз ағын
Тоқтам толқынына тән ортаның қасиеттерінің күрт өзгеруін фазалық ауысу ретінде қарастыруға болады: үдетілген объектінің қысым-уақыт диаграммасы, дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен қозғалғанда, соққы толқынының әсерінен туындаған ауысудың динамикалық фазалық ауысуға ұқсас екенін көрсетеді. Егер объект (немесе бұзылу) ақпараттың қоршаған ортаға таралуынан жылдам қозғалса, онда ортаның бұл бұзылуға реакция жасауға немесе "жолдан шығуға" уақыты болмайды. Соққы толқынында ортаның қасиеттері (жиілік, қысым, температура, ағын жылдамдығы, Мах саны) дерлік бірден өзгереді. Ауадағы соққы толқынының қалыңдығын өлшеу нәтижесінде 200 нм шамасындағы (шамамен 10−5 дюйм) мәндер алынды, бұл газ молекулаларының орташа бос жүріс жолымен салыстырылады. Континуум қағидатына сәйкес, бұл соққы толқынын, егер ағын екі өлшемді немесе үш өлшемді болса, сәйкесінше сызық немесе жазықтық ретінде қарастыруға болады дегенді білдіреді. Соққы толқындары қысым фронты дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен қозғалғанда және қоршаған ауаға қысым түсіргенде пайда болады. Осы процесте, ағысқа қарсы бағытта қозғалатын дыбыс толқындары бұдан әрі өте алмайтын нүктеге жетеді, ал қысым осы аймақта біртіндеп артады, нәтижесінде жоғары қысымды соққы толқыны пайда болады. Соққы толқыны – бұл қалыпты дыбыс толқыны емес; ол газдың қасиеттеріндегі өте күрт өзгеріс түрінде көрінеді. Ауадағы соққы толқыны күрт "жарылыс" немесе "қырылыс" дыбысы ретінде естіледі. Үлкен қашықтықта соққы толқыны сызықтық емес толқыннан сызықтық толқынға айналуы мүмкін, ауаны қыздырып, энергиясын жоғалтып, соңында қалыпты дыбыс толқынына айналады. Бұл дыбыс толқыны ұшақтың үстіркілдеген жылдамдықпен ұшуынан туындайтын, таныс "дүркіл" немесе "жарылыс" ретінде естіледі. Соққы толқыны – үстіркілді ағындағы газдарды сығымдаудың көптеген әдістерінің бірі. Басқа әдістерге изоэнтропиялық сығымдау, соның ішінде Прандтль-Мейер сығымдау жатады. Газды сығымдау әдісі берілген қысым қатынасы үшін әртүрлі температуралар мен тығыздықтарға әкеледі, оларды реакцияға түспейтін газ үшін аналитикалық түрде есептеуге болады. Соққы толқынының сығымдауы жалпы қысымның жоғалуына әкеледі, яғни ол кейбір жағдайларда, мысалы, скрамджеттің кірістігіш құрылымында газдарды сығымдаудың тиімділігі төмен әдісі болып табылады. Үстіркілді жылдамдықпен қозғалатын ұшақтағы қысым кедергісінің пайда болуының басты себебі – ағынға соққы толқынының сығымдау әсері.
The abruptness of change in the features of the medium, that characterize shock waves, can be viewed as a phase transition: the pressure–time diagram of a supersonic object propagating shows how the transition induced by a shock wave is analogous to a dynamic phase transition. When an object (or disturbance) moves faster than the information can propagate into the surrounding fluid, then the fluid near the disturbance cannot react or "get out of the way" before the disturbance arrives. In a shock wave the properties of the fluid (density, pressure, temperature, flow velocity, Mach number) change almost instantaneously. Measurements of the thickness of shock waves in air have resulted in values around 200 nm (about 10−5 in), which is on the same order of magnitude as the mean free path of gas molecules. In reference to the continuum, this implies the shock wave can be treated as either a line or a plane if the flow field is two dimensional or three dimensional, respectively. Shock waves are formed when a pressure front moves at supersonic speeds and pushes on the surrounding air. At the region where this occurs, sound waves travelling against the flow reach a point where they cannot travel any further upstream and the pressure progressively builds in that region; a high pressure shock wave rapidly forms. Shock waves are not conventional sound waves; a shock wave takes the form of a very sharp change in the gas properties. Shock waves in air are heard as a loud "crack" or "snap" noise. Over longer distances, a shock wave can change from a nonlinear wave into a linear wave, degenerating into a conventional sound wave as it heats the air and loses energy. The sound wave is heard as the familiar "thud" or "thump" of a sonic boom, commonly created by the supersonic flight of aircraft. The shock wave is one of several different ways in which a gas in a supersonic flow can be compressed. Some other methods are isentropic compressions, including Prandtl–Meyer compressions. The method of compression of a gas results in different temperatures and densities for a given pressure ratio which can be analytically calculated for a non reacting gas. A shock wave compression results in a loss of total pressure, meaning that it is a less efficient method of compressing gases for some purposes, for instance in the intake of a scramjet. The appearance of pressure drag on supersonic aircraft is mostly due to the effect of shock compression on the flow.
Қалыпты шоктар
Идеалдық газдарды қолданатын элементарлы сұйықтық механикасында соққы толқыны энтропия соққы өткен кезде күрт өсетін үзіліс ретінде қарастырылады. Ешқандай сұйықтық ағыны үзіліссіз болмайтындықтан, соққы толқынының айналасында бақылау көлемі құрылады, осы көлемді соққы толқынына параллель бағытта шектеуші бақылау беттерімен (сұйық ортаның соққыдан бұрынғы және соққыдан кейінгі жағында бір-бір беттен) қамтамасыз етіледі. Екі бет өте кішкентай тереңдікпен бөлінеді, сондықтан соққының өзі олардың арасында толығымен орналасады. Мұндай бақылау беттерінде импульс, масса ағыны және энергия сақталды; жану процесінде детонацияларды соққы толқыны арқылы жылу беру ретінде модельдеуге болады. Жүйе адиабатикалық деп есептеледі (жүйеге жылу кірмейді немесе шықпайды) және жұмыс атқарылмайды. Ранкин-Гюгониот шарттары осы қарастырулардың нәтижесінде туындайды. Қолданылған болжамдарды ескере отырып, ағынның төменгі жағындағы қасиеттер дыбыс жылдамдығынан төмен болатын жүйеде сұйықтықтың жоғары және төменгі ағындағы ағым қасиеттері изоэнтропиялық деп есептеледі. Жүйедегі энергияның жалпы мөлшері сақталғандықтан, тұрақтандыру энтальпиясы екі аймақта да өзгермейді. Дегенмен, энтропия артады; бұл төменгі ағындағы сұйықтықтың тұрақтандыру қысымының төмендеуімен түсіндірілуі тиіс.
In elementary fluid mechanics utilizing ideal gases, a shock wave is treated as a discontinuity where entropy increases abruptly as the shock passes. Since no fluid flow is discontinuous, a control volume is established around the shock wave, with the control surfaces that bound this volume parallel to the shock wave (with one surface on the pre shock side of the fluid medium and one on the post shock side). The two surfaces are separated by a very small depth such that the shock itself is entirely contained between them. At such control surfaces, momentum, mass flux and energy are constant; within combustion, detonations can be modelled as heat introduction across a shock wave. It is assumed the system is adiabatic (no heat exits or enters the system) and no work is being done. The Rankine–Hugoniot conditions arise from these considerations. Taking into account the established assumptions, in a system where the downstream properties are becoming subsonic: the upstream and downstream flow properties of the fluid are considered isentropic. Since the total amount of energy within the system is constant, the stagnation enthalpy remains constant over both regions. However, entropy is increasing; this must be accounted for by a drop in stagnation pressure of the downstream fluid.
Көлденең соққылар
Ағынды өрістегі денеге әлі де тікелей жанасқан соққы толқындарын талдағанда, ағыс бағытынан белгілі бір бұрышта бұрылатын соққы толқыны көлбеу соққы деп аталады. Мұндай соққыларды талдау үшін ағынның компоненттік векторлық талдауы қажет, бұл көлбеу соққыға перпендикуляр бағыттағы ағынды қалыпты соққы ретінде қарастыруға мүмкіндік береді.
When analyzing shock waves in a flow field, which are still attached to the body, the shock wave which is deviating at some arbitrary angle from the flow direction is termed oblique shock. These shocks require a component vector analysis of the flow; doing so allows for the treatment of the flow in an orthogonal direction to the oblique shock as a normal shock.
Бұғаттап соққылау
Егер көлбеу соққы бетте сақталып тұра алмайтын бұрышта пайда болса, соққы толқыны дененің айналасында үздіксіз үлгі құратын сызықтық емес құбылыс туындайды. Бұларға қанатты соққылар деп аталады. Мұндай жағдайларда 1D ағын моделі қолданылмайды және бетке түсетін қысым күштерін анықтау үшін қосымша талдау қажет.
When an oblique shock is likely to form at an angle which cannot remain on the surface, a nonlinear phenomenon arises where the shock wave will form a continuous pattern around the body. These are termed bow shocks. In these cases, the 1d flow model is not valid and further analysis is needed to predict the pressure forces which are exerted on the surface.
Сызықтық емес тікенектен болатын соққы толқындары
Тоққылау толқындары кәдімгі толқындардың тікенеуінен пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыстың ең белгілі мысалы – жағалауда толқындардың күйреуіне (брекер) айналатын мұхит толқындары. Сайы сулардағы беттік толқындардың жылдамдығы судың тереңдігіне байланысты. Келіп жатқан мұхит толқынының жотасы, толқын биіктігі су тереңдігімен салыстырғанда шексіз болмағандықтан, толқын аралық ойыстарға қарағанда сәл жоғары жылдамдыққа ие. Жоталар ойыстарды қуып жетеді, содан кейін толқынның алдыңғы жиегі тік бетке айналып, толқын энергиясын дыбыс және жылу түрінде таратып, турбулентті соққыны (брекерді) құрайды. Дыбыс жылдамдығының температура мен қысымға тәуелділігіне байланысты, осындай құбылыстар газ және плазмадағы күшті дыбыс толқындарына да әсер етеді. Күшті толқындар ауаның адиабатикалық қысылуынан әрбір қысым фронтының жанындағы ортаны қыздырады, сондықтан жоғары қысым фронттары тиісті қысым төмендеулерін озады. Бір теория бойынша, тромбон сияқты мыс аспаптардағы дыбыс қысымының деңгейі тікенеу үшін жеткілікті жоғары болады, бұл аспаптардың жарқын тембрінің маңызды бөлігін құрайды. Бұл процесс арқылы соққының пайда болуы Жер атмосферасындағы ашық дыбыс толқындары үшін қалыпты жағдай емес болса да, күннің хромосферасы мен коронасының күн ішкі қабаттарынан жоғары көтерілетін толқындар арқылы қыздырылатын механизмдердің бірі деп саналады.
Shock waves can form due to steepening of ordinary waves. The best known example of this phenomenon is ocean waves that form breakers on the shore. In shallow water, the speed of surface waves is dependent on the depth of the water. An incoming ocean wave has a slightly higher wave speed near the crest of each wave than near the troughs between waves, because the wave height is not infinitesimal compared to the depth of the water. The crests overtake the troughs until the leading edge of the wave forms a vertical face and spills over to form a turbulent shock (a breaker) that dissipates the wave's energy as sound and heat. Similar phenomena affect strong sound waves in gas or plasma, due to the dependence of the sound speed on temperature and pressure. Strong waves heat the medium near each pressure front, due to adiabatic compression of the air itself, so that high pressure fronts outrun the corresponding pressure troughs. There is a theory that the sound pressure levels in brass instruments such as the trombone become high enough for steepening to occur, forming an essential part of the bright timbre of the instruments. While shock formation by this process does not normally happen to unenclosed sound waves in Earth's atmosphere, it is thought to be one mechanism by which the solar chromosphere and corona are heated, via waves that propagate up from the solar interior.
Салыстырмалар
Шабуыл толқыны – қозғалатын нысанға жақындап келе жатқанын "білетін" ең алыс нүкте ретінде сипатталуы мүмкін. Осы сипаттамада шабуыл толқынының орны, соққыны тудыратын оқиға туралы ақпарат жоқ аймақ пен соққыны тудыратын оқиға туралы хабардар аймақ арасындағы шекара ретінде анықталады, бұл арнайы салыстырмалылық теориясында сипатталған жарық конусына ұқсас. Шабуыл толқынын тудыру үшін, нысан белгілі бір ортада (мысалы, ауа немесе су) дыбыстың жергілікті жылдамдығынан жылдам қозғалуы керек. Ұшақ жоғары субдық жылдамдықпен қозғалғанда, ұшақтың төңірегіндегі ауа аймақтары дыбыс жылдамдығымен тең жылдамдықпен қозғалуы мүмкін, сондықтан ұшақтан шыққан дыбыс толқындары біріне-бірі үйіліп, тас жолдағы тығынға ұқсас жағдай тудырады. Шабуыл толқыны пайда болғанда, жергілікті ауа қысымы артып, содан кейін бүйірге таралады. Осы күшейткіш эффектінің арқасында шабуыл толқыны өте күшті болуы мүмкін, алыстан естілгенде жарылысқа ұқсайды (көпшілікке мәлім болғандай, жарылыстар шабуыл толқындарын тудырады). Ұқсас құбылыстар сұйық механикасынан тыс жерде де белгілі. Мысалы, сыну ортасында (мысалы, суда, онда жарық жылдамдығы вакуумдағыдан төмен) жарық жылдамдығынан асып кеткен зарядталған бөлшектер көрінетін соққы эффектін тудырады, бұл құбылыс Черенков сәулеленуі деп аталады.
A shock wave may be described as the furthest point upstream of a moving object which "knows" about the approach of the object. In this description, the shock wave position is defined as the boundary between the zone having no information about the shock driving event and the zone aware of the shock driving event, analogous with the light cone described in the theory of special relativity. To produce a shock wave, an object in a given medium (such as air or water) must travel faster than the local speed of sound. In the case of an aircraft travelling at high subsonic speed, regions of air around the aircraft may be travelling at exactly the speed of sound, so that the sound waves leaving the aircraft pile up on one another, similar to a traffic jam on a motorway. When a shock wave forms, the local air pressure increases and then spreads out sideways. Because of this amplification effect, a shock wave can be very intense, more like an explosion when heard at a distance (not coincidentally, since explosions create shock waves). Analogous phenomena are known outside fluid mechanics. For example, charged particles accelerated beyond the speed of light in a refractive medium (such as water, where the speed of light is less than that in a vacuum) create visible shock effects, a phenomenon known as Cherenkov radiation.
Жарылыс толқыны
Жарылыс толқыны – соққы толқынының артында жүретін экзотермиялық реакцияның нәтижесінде пайда болады. Бұл өте жанғыш немесе химиялық тұрақсыз ортада, мысалы, оттегі-метан қоспасында немесе жарылғыш заттарда таралатын толқынды қамтиды. Ортаның химиялық реакциясы соққы толқынынан кейін жүреді, ал реакцияның химиялық энергиясы толқынды алға жылға береді. Детонациялық толқын, қарапайым соққы толқынынан өзгеше, соққы толқынының артында жүретін химиялық реакциямен қозғалады. Детонация теориясының ең қарапайым түрі бойынша, қолдаусыз, өзін-өзі таратуға қабілетті жарылыс толқыны Чапман-Жоге ағынының жылдамдығымен қозғалады. Жарылыс, жарылыстан туындаған артық қысымнан қоршаған ауаға соққы толқынын таратуға себеп болады. ТНТ сияқты жоғары жарылғыш заттар (детонациялық жылдамдығы 6900 м/с) пайда болған кезде, толқын әрқашан өзінің бастапқы нүктесінен жоғары, дыбыс жылдамдығынан асып түсетін жылдамдықпен таралады.
A detonation wave is essentially a shock supported by a trailing exothermic reaction. It involves a wave travelling through a highly combustible or chemically unstable medium, such as an oxygen methane mixture or a high explosive. The chemical reaction of the medium occurs following the shock wave, and the chemical energy of the reaction drives the wave forward. A detonation wave follows slightly different rules from an ordinary shock since it is driven by the chemical reaction occurring behind the shock wavefront. In the simplest theory for detonations, an unsupported, self propagating detonation wave proceeds at the Chapman–Jouguet flow velocity. A detonation will also cause a shock to propagate into the surrounding air due to the overpressure induced by the explosion. When a shock wave is created by high explosives such as TNT (which has a detonation velocity of 6,900 m/s), it will always travel at high, supersonic velocity from its point of origin.
Бұрыштық соққы (ажыратылған соққы)
Бұл соққылар иісті және дене алдында шағын қашықтық құрайды. Денеге тікелей қарсы, келіп жатқан ағысқа 90 градус бұрышпен орналасып, содан кейін денеге қарай иіледі. Ажыратылған соққылар, соққыға жақын ағын үшін, тікелей соққыға арналған сияқты талдамалық есептеулерді жүргізуге мүмкіндік береді. Олар үздіксіз қызығушылық тудыратын тақырып, себебі соққының дөңгелек дене алдындағы қашықтығын анықтайтын ережелер күрделі және дене пішініне байланысты. Сонымен қатар, соққыдан тұру қашықтығы идеалды емес газдың температурасына байланысты күрт өзгереді, бұл көліктің жылу қорғау жүйесіне берілетін жылу мөлшерінде үлкен айырмашылықтарға алып келеді. Бұл тақырып бойынша толыққанды талқылауды атмосфераға қайта кіру бөлімінде қараңыз. Олар аналитикалық теңдеулердің "күшті соққы" шешімдерін ұстанады, яғни кейбір көлбеу соққылар үшін бұрылу бұрышының лимитіне жақын болғанда, ағын бағытындағы Мах саны дыбыс астында болады. Сондай-ақ, доға тәрізді соққы немесе көлбеу соққы қараңыз. Мұндай соққы максималды бұрылу бұрышы басылған кезде пайда болады. Ажыратылған соққы көбінесе дөңгелек денелерде кездеседі, бірақ төмен Мах сандары кезінде өткір денелерде де байқалуы мүмкін. Мысалдар: ғарышқа қайта оралатын аппараттар (Аполлон, ғарыш шаттлы), оқтар, магнитосфера шекарасы (доға тәрізді соққы). "Доға тәрізді соққы" атауы, су арқылы қозғалғанда кеме немесе қайықтың алдында пайда болатын доға толқынынан алынған, оның баяу беттік толқын жылдамдығы оңай басылып кетеді (океан беттік толқынына қараңыз).
These shocks are curved and form a small distance in front of the body. Directly in front of the body, they stand at 90 degrees to the oncoming flow and then curve around the body. Detached shocks allow the same type of analytic calculations as for the attached shock, for the flow near the shock. They are a topic of continuing interest, because the rules governing the shock's distance ahead of the blunt body are complicated and are a function of the body's shape. Additionally, the shock standoff distance varies drastically with the temperature for a non ideal gas, causing large differences in the heat transfer to the thermal protection system of the vehicle. See the extended discussion on this topic at atmospheric reentry. These follow the "strong shock" solutions of the analytic equations, meaning that for some oblique shocks very close to the deflection angle limit, the downstream Mach number is subsonic. See also bow shock or oblique shock. Such a shock occurs when the maximum deflection angle is exceeded. A detached shock is commonly seen on blunt bodies, but may also be seen on sharp bodies at low Mach numbers. Examples: Space return vehicles (Apollo, Space shuttle), bullets, the boundary (bow shock) of a magnetosphere. The name "bow shock" comes from the example of a bow wave, the detached shock formed at the bow (front) of a ship or boat moving through water, whose slow surface wave speed is easily exceeded (see ocean surface wave).
Қоса берілген шок
Бұл соққылар, үстіне өткір денелердің дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен қозғалуына байланысты пайда болады. Мысалдар: кішкентай төбе бұрыштары бар үшбұрышты пластиналар мен конустар. Қосылған соққы толқыны – аэродинамикадағы классикалық құрылым, себебі кемел газ және тұйық ағын өрісі үшін талдау арқылы шешім табу мүмкін. Осы шешімге сүйене отырып, қысым қатынасы, температура қатынасы, үшбұрышты пластинаның бұрышы және ағын бағытындағы Мах саны, алдынғы ағындағы Мах саны мен соққы бұрышы белгілі болған жағдайда есептелуі мүмкін. Кішкентай соққы бұрыштары жоғары алдынғы Мах сандарымен байланысты, ал соққы толқыны келіп жатқан ағынға 90 градус бұрышпен орналасқан ерекше жағдай (Тік соққы) бірлік Мах санымен байланысты. Бұл жағдайлар талдау теңдеулерінің "әлсіз соққы" шешімдеріне сәйкес келеді.
These shocks appear as attached to the tip of sharp bodies moving at supersonic speeds. Examples: Supersonic wedges and cones with small apex angles. The attached shock wave is a classic structure in aerodynamics because, for a perfect gas and inviscid flow field, an analytic solution is available, such that the pressure ratio, temperature ratio, angle of the wedge and the downstream Mach number can all be calculated knowing the upstream Mach number and the shock angle. Smaller shock angles are associated with higher upstream Mach numbers, and the special case where the shock wave is at 90° to the oncoming flow (Normal shock), is associated with a Mach number of one. These follow the "weak shock" solutions of the analytic equations.
Тез түйіршікті ағындарында
Шабуыл толқындары көлбеу арналар мен беткейлерден төмен құлап келе жатқан тығыз түйіршікті материалдардың жылдам ағынында да пайда болуы мүмкін. Жылдам тығыз түйіршікті ағындардағы күшті соққыларды теориялық тұрғыдан зерттеп, тәжірибелік деректермен салыстыруға болатын талдау жүргізуге болады. Бір құбырдың жылдам қозғалатын материалы ұзын және тік арнаның соңында тік орнатылған кедергі қабырғасына соқтығысқан жағдайды қарастырайық. Соқтығысу нәтижесінде ағыс режимінде кенеттен өзгеріс болады – жылдам қозғалатын суперкритикалық жұқа қабаттан тыныш, қалың үйіндіге ауысады. Бұл ағын конфигурациясы ерекше қызығушылық тудырады, себебі ол суперкритикалық ағыннан субкритикалық ағынға өтуге байланысты кейбір гидравликалық және аэродинамикалық жағдайларға ұқсас.
Shock waves can also occur in rapid flows of dense granular materials down inclined channels or slopes. Strong shocks in rapid dense granular flows can be studied theoretically and analyzed to compare with experimental data. Consider a configuration in which the rapidly moving material down the chute impinges on an obstruction wall erected perpendicular at the end of a long and steep channel. Impact leads to a sudden change in the flow regime from a fast moving supercritical thin layer to a stagnant thick heap. This flow configuration is particularly interesting because it is analogous to some hydraulic and aerodynamic situations associated with flow regime changes from supercritical to subcritical flows.
Астрофизикада
Астрофизикалық ортада әртүрлі типтегі соққы толқындары кездеседі. Көбінесе супернова соққы толқындары немесе жұлдызаралық ортада таралатын жарылыс толқындары, Жердің магнит өрісінің күн желмен соқтығысуынан туындайтын алдыңғы соққы және галактикалардың бір-бірімен қақтығысуынан пайда болатын соққы толқындары мысалға келтіріледі. Астрофизикадағы тағы бір қызықты соққы түрі – жас пульсарлардан шығатын ультрарелятивистік желді тоқтатып тұратын жартылай тұрақты кері соққы немесе тоқтау соққысы.
Astrophysical environments feature many different types of shock waves. Some common examples are supernovae shock waves or blast waves travelling through the interstellar medium, the bow shock caused by the Earth's magnetic field colliding with the solar wind and shock waves caused by galaxies colliding with each other. Another interesting type of shock in astrophysics is the quasi steady reverse shock or termination shock that terminates the ultra relativistic wind from young pulsars.
Метеордың кіру оқиғалары
Жер атмосферасына метеороидтар кіргенде соққы толқындары пайда болады. Тунгуска оқиғасы және 2013 жылғы Ресей метеор оқиғасы – бұл үлкен метеороидтың тудырған соққы толқынының ең жақсы құжатталған мысалы. 2013 жылғы метеор Жер атмосферасына 100 килотоннаға немесе одан да көп теңдесетін энергияны босатып кіргенде, бұл Хиросимаға тасталған атом бомбасынан ондаған есе күшті болды. Метеордың соққы толқыны, үстіңгі қабаттағы реактивтік ұшқыштың (метеордың траекториясының тікелей астында) өтуіне және детонациялық толқынға ұқсас зақымдар келтірді. Соққы толқынының ортасы метеор жарылған жерде болды, нәтижесінде Челябинск қаласы мен көршілес аймақтарда әйнектердің көптеп сынуы тіркелді (суретте көрсетілген).
Shock waves are generated by meteoroids when they enter the Earth's atmosphere. The Tunguska event and the 2013 Russian meteor event are the best documented evidence of the shock wave produced by a massive meteoroid. When the 2013 meteor entered into the Earth's atmosphere with an energy release equivalent to 100 or more kilotons of TNT, dozens of times more powerful than the atomic bomb dropped on Hiroshima, the meteor's shock wave produced damages as in a supersonic jet's flyby (directly underneath the meteor's path) and as a detonation wave, with the circular shock wave centred at the meteor explosion, causing multiple instances of broken glass in the city of Chelyabinsk and neighbouring areas (pictured).
Технологиялық қолдану
Төмендегі мысалдарда соққы толқыны басқарылады, оны (мысалы, қанат пішінді дене) тудырады немесе турбина сияқты технологиялық құрылғының ішінде пайда болады.
In the examples below, the shock wave is controlled, produced by (ex. airfoil) or in the interior of a technological device, like a turbine.
Және де басқа
Толқындық дискілі қозғалтқыш (кейде "Радиалдық ішкі жану толқыны роторы" деп аталады) – поршенсіз айналмалы қозғалтқыш, ол энергияны жоғары энергиялы сұйықтықтан төмен энергиялы сұйықтыққа беру үшін соққы толқындарын пайдаланады, соның арқасында төмен энергиялы сұйықтықтың температурасы мен қысымы артады.
The wave disk engine (also named "Radial Internal Combustion Wave Rotor") is a kind of pistonless rotary engine that utilizes shock waves to transfer energy between a high energy fluid to a low energy fluid, thereby increasing both temperature and pressure of the low energy fluid.
Мемристорлар
Мемристорларда сыртқы электр өрісі әсерімен өтпелі металл оксидтерінде соққы толқындары пайда болып, осы арқылы жылдам және ұшпайтын кедергі өзгерістеріне әкелуі мүмкін.
In memristors, under externally applied electric field, shock waves can be launched across the transition metal oxides, creating fast and non volatile resistivity changes.