Biblioteka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Biblioteka > Encyklopedia > Wybór haseł > Subskrypcja  




FALA UDERZENIOWA
Zaburzenie rozchodzące się najczęściej w gazie (lecz także w cieczy lub ciele stałym), mające postać powierzchni (tzw. powierzchni nieciągłości), na której występuje skokowa zmiana parametrów ośrodka: wzrost ciśnienia, gęstości i temperatury oraz spadek prędkości. Przez skokową zmianę należy rozumieć zmianę bardzo gwałtowną (nie dotyczy to gazów rozrzedzonych), zachodzącą na odcinku o długości rzędu drogi swobodnej cząsteczki ośrodka. Fale uderzeniowe powstają przy nagłym zaburzeniu wywołanym np. detonacją lub uderzeniem pioruna albo przy stacjonarnym opływie ciała stałego przez naddźwiękowy strumień gazu. Fala uderzeniowa w gazie przemieszcza się zawsze z prędkością większą niż prędkość dźwięku w tym gazie przed czołem fali. Po jej przejściu następuje przyrost entropii gazu, czyli nieodwracalny proces przemiany części energii mechanicznej gazu w ciepło. Powierzchnia fali uderzeniowej występującej przy opływie ciała stałego przez strumień naddźwiękowy może być prostopadła do kierunku prędkości (prostopadła fala uderzeniowa) lub nachylona doń pod pewnym kątem (skośna fala uderzeniowa). Wzrost entropii i związane z tym straty energii mechanicznej oraz ciśnienia całkowitego są mniejsze dla fali skośnej. Czasem (np. przy opływie brył o tępym kształcie części przedniej) występuje krzywoliniowa fala uderzeniowa, która w części przedniej jest prostopadła (lub prawie prostopadła) i odsunięta od bryły, a dalej przechodzi w falę skośną. {K.Kub.}

Wizualizacja. Falę uderzeniową można uczynić widzialną, np. w celu jej sfotografowania. Wizualizacja fali uderzeniowej jest szeroko stosowana w badaniach aerodynamicznych. Najpowszechniej używa się trzech metod: metody smugowej, metody cieniowej i metody interferometrii optycznej. Wszystkie wykorzystują zależność współczynnika załamania światła od gęstości ośrodka. Zaletą metody smugowej i cieniowej jest prostota potrzebnej aparatury, jak również duża czułość, pozwalająca na wizualizację bardzo słabych zaburzeń występujących np. przy prędkościach przydźwiękowych. Zob. Fotografia; Interferometr optyczny; Metoda cieniowa.

Metoda interferometryczna umożliwia bezpośredni pomiar zmian gęstości występujących wzdłuż fali uderzeniowej. Zmiany te są widoczne jako przesunięcie prążków interferencyjnych (rys.). Metoda taka jest najlepsza do uzyskania ilościowych informacji o falach uderzeniowych i polu przepływu.

powiększenie...

Interferogram pokazujący zmianę gęstości gazu przy przejściu fali uderzeniowej powstałej przy opływie stożka o kącie rozwarcia 45° dla liczby Macha Ma = 4 (U.S. Naval Ordnance Laboratory)

Powyższe metody są zbyt mało czułe do wizualizacji fal uderzeniowych w gazach rozrzedzonych. W takich warunkach lepsze wyniki dają metody wykorzystujące absorpcję promieniowania elektromagnetycznego lub wiązek cząstek materialnych. W przypadku absorpcji promieniowania najlepiej używać ciągłych zakresów widma, w których następuje pochłanianie promieniowania. Dla większości gazów takie widma leżą w zakresie nadfioletu lub miękkiego promieniowania rentgenowskiego. W metodach opartych na pochłanianiu cząstek używa się strumieni cząstek o jednakowej energii kinetycznej, np. elektronów, protonów lub cząstek .

Dla silnie rozrzedzonych gazów używa się metod wykorzystujących świecenie gazu wzbudzonego za pomocą wyładowań. W tych metodach gaz przed wprowadzeniem do komory pomiarowej poddaje się silnym wyładowaniom elektrycznym, które wzbudzają go, prowadząc do jego luminescencji. W jednej z odmian tej metody wykorzystuje się emisję światła towarzyszącą wyładowaniom. W innej odmianie wykorzystuje się jarzenie utrzymujące się po przerwaniu wzbudzania za pomocą wyładowań. Fale uderzeniowe stają się widoczne, ponieważ zmiany gęstości powodują zmiany intensywności świecenia i widma emitowanego światła. [E.M.Wi.] (L.Cz.)

Fala uderzeniowa w ciałach stałych. W przypadku ciał stałych termin "fala uderzeniowa" jest zwykle rozumiany jako fala naprężeń ściskających o wielkiej amplitudzie lub impuls ciśnienia, który powoduje niemal natychmiastowy wzrost naprężeń lub ciśnienia w ośrodku.

Fale o wielkiej amplitudzie powstają w Ziemi w wyniku takich zjawisk, jak podziemna eksplozja, trzęsienie ziemi lub uderzenie meteorytu. W laboratorium mogą być one wytwarzane pod kontrolą i są bardzo użyteczne zarówno w geofizyce, jak i badaniach ciał stałych.

Przejście fali uderzeniowej przez ciało stałe powoduje zmiany w stanie fizycznym materiału. Może ona np. spowodować przesunięcia atomów, zmiany poziomów energetycznych elektronów i zmienić bilans energii wewnętrznej. Pomiary zachowania się ciał stałych poddanych silnym impulsom ciśnienia rzuciły nowe światło na podstawowe właściwości ciał stałych i doprowadziły do rozwoju takich użytecznych metod przemysłowych, jak wybuchowe platerowanie i zgrzewanie, wybuchowe cięcie i kształtowanie, uderzeniowe wprasowywanie proszków w stałe części maszyn, wybuchowe roboty ziemne (np. wykopy) i wytwarzanie nowych materiałów o szczególnych właściwościach.

Eksperymentatorzy zwykle wytwarzają fale uderzeniowe w materiałach za pomocą eksplozji przyłożonego materiału wybuchowego albo przez uderzenie pocisku o dużej prędkości wystrzelonego z działa lub przyspieszonego przez eksplozję. [R.K.L.] (L.Cz.)

[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach