คลื่นกระแทก (Shock Wave)

             คลื่นกระแทก (Shock Wave)

     ความหมายของคลื่นกระแทก

              คลื่นกระแทก (Shock Wave)   คือ ปรากฏการณ์ที่หน้าคลื่นเคลื่อนที่มาเสริมกันในลักษณะที่เป็นหน้าคลื่นวงกลมซ้อนเรียงกันไป โดยที่มีแนวหน้าคลื่นที่มาเสริมกันมีลักษณะเป็นรูปตัวVอันเนื่องมาจากแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วของคลื่นในตัวกลาง( V_s>V )

ภาพ a คือ แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วต่ำกว่าอัตราเร็วเสียงเกิดดอปเพลอร์ ( V_s< V )

ภาพ b คือ แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เท่ากับอัตราเร็วเสียงเกิดการชนกำแพงเสียง ( V_s=V )

ภาพ c คือ แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เร็วกว่าเสียงเกิดคลื่นกระแทก ( V_s>V )

     ส่วนประกอบของคลื่นกระแทก

               ถ้าอัตราเร็วของเครื่องบินมากกว่ามากกว่าอัตราเร็วในอากาศมากๆจนกระทั่งทำให้รูปกรวยยิ่งเล็กลงมากๆ แล้วทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างมาก และรวดเร็วเป็นผลทำให้เกิดเสียงดังคล้ายเสียงระเบิดบริเวณคลื่นกระแทกนี้เคลื่อนที่ผ่าน อาจทำให้กระจกหน้าต่างแตกได้ เสียงที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า"ซอนิกบูม ( Sonic Boom )"

     

     เลขมัค( Mach Number )

                เลขมัค ( Mach Number ) คือ ตัวเลขที่บอกให้เราทราบว่า อัตราของแหล่งกำเนิดคลื่นมีค่าเป็นกี่เท่าของอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลาง ถูกเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ " Ma "

จากรูป Ma = V_st /Vt  = 1/sinθ 

    Ma  =   เลขมัค       V_st =    อัตราเร็วของแหล่งกำเนิดคลื่น       Vt   =  อัตราเร็วของคลื่นในตัวกลาง

    

     ตัวอย่าง

  1.เครื่องบินความเร็วเหนือเสียง บินในระดับผ่านเหนือศีรษะชายผู้หนึ่ง เมื่อเขาได้ยินเสียงของคลื่นกระแทกเขาจะมองเห็นเครื่องบินมีมุมเงยจากพื้นดิน30ํเครื่องบินมีความเร็วเท่าใดในหน่วยเมตร/วินาที ถ้าอัตราเร็วในอากาศเป็น 345 เมตร/วินาที 

 

 

กำหนดให้  sin30  =   1/2

                  Vt       =  345 เมตร/วินาที

จากสูตร  sinθ       =     Vt  / V_st

               sin30    =     345 /  V_st   

               1/2        =     345 /  V_st   

               V_st        =     2(345)

               V_st        =     690  เมตร/วินาที

ตอบ เครื่องบินมีความเร็วเท่ากับ  690  เมตร/วินาที

  2. เครื่องบินลำหนึ่งบินด้วยความเร็ว 5/3 เท่า ของความเร็วเสียงในอากาศ ถ้าความเร็วเสียงในอากาศสม่ำเสมอผู้ที่อยู่ใต้ทางบินของเครื่องบินนั้นจะเริ่มได้ยินเสียงเมื่อเครื่องบินผ่านแนวดิ่งไปแล้วเป็นมุมเท่าไร

จากสูตร  sin a    =   Vt  / V_st 

                          =   Vt  / 5/3V

                          =   3/5

             sin a     =   0.6

        จากรูป a     =   90-θ

       sin( 90-θ )  =   0.6

             cosθ    =   0.6

 เนื่องจาก sinθ  =  ==  0.8

ตอบ  θ  =   1/sin0.8 

     แหล่งอ้างอิง
-หนังสือฟิสิกส์ Pure...Pure
-http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS32gYVspw4fSrgme1l9JRJtx6WCbOlIqQ1eF3-CFrW5eWIlaUmKw
-https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhRXZG90oNXt3KLx0t4rdQMtYskYyOJJ3fWUAZySEVnt7jrWZ6TBwyGpcMFikzkSi0OGLWYIjO7SJqYFdDi7HVrlG6QFZxJf4ahxXi4Chk-ojjvaWCDh7T-F2AEU9MXrv6jnQKp4G0aPrej/s400/image095.jpg
-http://img2.blogblog.com/img/video_object.png