Физическая причина слышать одиночный разряд

Подумайте, что такое звук. Звук – это изменение давления во времени.

Забудьте об ударных волнах и подумайте над следующей проблемой. Вы сидите в закрытом, герметичном помещении со звукопоглощающими стенами и с давлением$p_1$. Внезапно и мгновенно давление в комнате возрастает до$p_2$и остается на этом давлении. Что бы вы услышали? Непрерывный шум или одиночный «хлопок» или «пыхтение» во время фактического повышения давления? Ответ последний. На самом деле, можно провести этот самый эксперимент .

Вернемся к сверхзвуковым самолетам. Сильно упростим физику и предположим, что кроме вас и точечно-частичной плоскости (без земли, зданий и т. д.) ничего нет, причем вы неподвижны относительно воздуха, а самолет движется по воздуху на сверхзвуковой скорости. скорость. Фронт ударной волны сжимает воздух при прохождении. Для всех практических целей это мгновенное увеличение — требуется порядка наносекунды, чтобы вы ощутили повышение давления, так что оно практически мгновенное (и именно поэтому они такие громкие, это очень большое изменение давления за очень короткое время). Но после того, как ударная волна прошла, внезапногоизменение давления - вы видите только постепенное падение давления по мере того, как условия возвращаются к норме. Таким образом, вы не воспринимаете никакого дополнительного звука.

Понимая ваш вопрос более буквально и думая о более реалистичном случае, вы слышите непрерывный шум, потому что даже после того, как ударная волна проходит, вы все еще слышите ударные отражения от земли, зданий и т. д., а также двигатель с доплеровским смещением. шум. Но я подозреваю, что это не то, о чем вы спрашиваете.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Что касается вопроса о том, почему шок выглядит как конус, а не как ряд сфер. Ударные волны имеют характеристику, заключающуюся в том, что жидкость после удара («жидкость, подвергшаяся удару») имеет другие свойства, чем жидкость, расположенная выше по течению («жидкость без удара»). В частности, ударный воздух фактически движется вперед с некоторой скоростью и имеет более высокую скорость звука. Таким образом, если у вас есть два простых плоских фронта ударной волны, фронт ударной волны, находящийся сзади, стремится «догнать» ударную волну впереди, образуя один ударную волну. Это основная причина, по которой существует не серия сферических ударов, а серия комбинированных конических ударов.

Из-за этого требуется немного математики, чтобы вычислить правильную форму каждой ударной волны. Кроме того, когда тело движется в жидкости со сверхзвуковой скоростью, при изменении формы поперечного сечения возникают толчки. Двумя наиболее выраженными толчками часто являются скачок сжатия в передней части объекта и скачок разрежения в конце. Эти два шока взаимодействуют друг с другом нетривиальным образом. Например, из-за того, что скачок разрежения происходит в режиме уже сотрясенного воздуха с более высокой скоростью звука, угол оказывается более острым .

Более подробное рассмотрение потребует анализа физики на более глубоком уровне. Эта книга является классическим справочным текстом по данной теме, она не слишком перегружена математикой и легко читается.

В сверхзвуковом режиме ударная волна распространяется в виде конуса. Если сверхзвуковой самолет пролетит близко к земле, вы услышите звуковой удар, за которым следует доплеровский шум двигателя и корпуса. Поскольку фронт ударной волны намного мощнее, чем шум двигателя, излучаемый назад от самолета по мере его движения, гул — единственное, что вы услышите, если самолет пролетит над головой на большой высоте.

Обычно сверхзвуковой самолет тянет за собой более одного толчка. Вы получите один толчок на кончике носа, другой на передней кромке крыла и, возможно, еще один на поверхности оперения. это создаст сложный шум стрелы с более чем одним основным компонентом.