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¿Cómo pueden las ondas de choque que viajan más rápido que el sonido?

Una onda de choque puede ser causada por la alteración de aire por un avión. Cuando se propaga, no el mecanismo será el mismo que el de un motor de onda de sonido? ¿Por qué un choque de viaje más rápido que el sonido?

A diferencia de los ordinarios de las ondas de sonido, la velocidad de una onda de choque varía con su la amplitud. La velocidad de una onda de choque es siempre mayor que la velocidad de de sonido en el fluido y disminuye a medida que la amplitud de la onda disminuye. Cuando la onda de choque la velocidad es igual a la velocidad normal, el la onda de choque muere y es reducido a simple onda de sonido.

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Actualización con una más clara la respuesta:

Aquí está una parcela de todas las velocidades involucradas con el choque de la propagación a través de un sationary medio:

shock wave velocities relative to incoming air vs. shock mach number

El eje x es el número de mach de la onda de choque y representa la fuerza de la onda de choque, podría haber sido la velocidad o la relación de presión o cualquier otra cantidad que es monótona con la fuerza de choque.

El eje es la velocidad relativa del aire.

  • En rojo sólido tenemos la velocidad del aire que entra en la onda de choque que, en este marco de referencia es todavía, y por lo tanto 0.
  • En azul sólido tenemos la velocidad de la onda de choque.
  • En verde sólido tenemos la velocidad del aire después de salir de la onda de choque.

En líneas discontinuas he añadido a la gráfica de la máxima y la mínima velocidad que las ondas sonoras pueden viajar (que se mueve con el choque, y frente al choque, respectivamente), pero la velocidad de una onda de sonido es relativo a la velocidad promedio de la mediana es viajar a través, así que lo he añadido estas líneas de color según el medio en que se va a viajar a través.

Como se señaló en el OP y la comilla por encima de la velocidad de la descarga (en azul) es siempre mayor que la velocidad del sonido en el aire que entra. Sin embargo, es siempre menor que la velocidad de avance de sonido en la salida de la media.

Así, una onda de presión generada por un plano aumento en la velocidad de propagación de ponerse a la onda de choque y empuje para ir aún más rápido. Del mismo modo, si el avión se retrasa la parte inferior de la onda de presión puede también ponerse al día con la onda de choque y reducir la velocidad. Este es el mismo mecanismo de propagación longitudinal de ondas de sonido.

El hecho de que la onda de choque viaja más rápido que el sonido en el alféizar de la media no es un problema debido a que la onda de choque que se genera y empujado hacia adelante por la salida de la media, y en relación a la salida de la media de la onda de choque está viajando a menos que la velocidad del sonido.

Cambio en la velocidad del sonido

El hecho de que la velocidad del sonido cambios a través de la onda de choque es irrelevante para este análisis. Que se cuenta en la creación de la gráfica, como puede verse por las líneas de puntos verdes divergentes. Sin embargo, incluso en el caso de que no se separaron en toda la onda de choque todavía estaría dentro de la velocidad del sonido en la salida de la media. Del mismo modo, si la velocidad del sonido de la salida de la media fue aplicado a la entrada medio, el impacto será aún siguen fuera de que la velocidad del sonido. (Hacer esto no tiene sentido físico, pero es solo para demostrar que el cambio de la velocidad del sonido es irrelevante para responder a la pregunta.)

Sudo a la velocidad del sonido son de puntos (sonido velocidades viajando en la dirección opuesta a medida que el shock se han eliminado para mayor claridad):

incorrect speeds of sound


Respuesta Anterior

Las ondas de sonido viajan a la velocidad del sonido en relación a la velocidad promedio de la media. En el caso de una onda de choque, el tiempo promedio de la velocidad del medio es diferente en los dos lados de la onda de choque.

La Onda de choque de la Perspectiva de la

En el marco de referencia donde la onda de choque es estacionaria, entrando en medio viaja hacia la onda de choque en super sonic velocidades, y salir medio viaja lejos de la onda de choque en la sub sonic velocidades. enter image description here Este es el habitual marco de referencia para analizar las ondas de choque y se utiliza en shock tablas

Salir del Medio de la Perspectiva

En el marco de referencia de la salida de la media de la onda de choque viaja hacia el exterior en la sub sonic velocidades y el ingreso medio de los viajes hacia el interior en super sonic velocidades. enter image description here

Entrando en Medio de la Perspectiva

Finalmente, en el marco de referencia de la entrada medio, la onda de choque viaja hacia adentro en super sonic velocidad, y la salida de la media sale a un menor de super sonic velocidad. enter image description here Este es el marco de referencia utilizado en el artículo de la entrada de fluido es la atmósfera que el avión está volando a través y por lo tanto asume el marco del resto.

Conclusión

La onda de choque viaja a la velocidad del sonido en relación a un promedio ponderado de medio de la velocidad, y por tanto no es una excepción a la regla de que las ondas viajan a la velocidad del sonido en relación a la velocidad promedio de la media.

Tenga en cuenta que la velocidad del sonido depende de la temperatura, y que los cambios de temperatura a través de una onda de choque $a=\sqrt{\gamma\,R\,T}$. Sin embargo, este efecto no es tan grande como la velocidad de las diferencias debidas al cambio en el marco de referencia. De las cifras presentadas anteriormente son a escala mediante el uso de números de Mach para una entrada de velocidad de mach 5. Así pues, aquellos flecha ignorar el cambio en la velocidad del sonido. Sin embargo, si los cambios en la velocidad del sonido se tuvieron en cuenta mi conclusión sería aún se mantiene.

Además, para altos números de mach a la alta temperatura provoca la desviación de la relación de los calores específicos, resultando en una más compleja fórmula para la velocidad del sonido: $$a = \sqrt{ R * T * \left(1 + \frac{\gamma - 1}{ 1 + (\gamma-1) * \frac{(\theta/T)^2 * e^{\theta/T} }{\left(e^{\theta/T} -1\right)^2}} \right)}$$

Esta compensación será en realidad disminuir la cantidad que la velocidad del sonido es afectado por el cambio en la temperatura.

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