Una onda de sonido es un caso limitante de una onda de choque, en la cual la discontinuidad de la presión a través del choque tiende a cero. Se supone que las perturbaciones son infinitesimales en el tratamiento de las ondas de sonido, y no hay cambio de entropía durante el proceso. Para calcular la velocidad correcta del sonido en el aire, que Newton supuestamente se equivocó, es necesario utilizar la compresibilidad adiabática en lugar de la isotérmica del aire. Las ondas sonoras de pequeña amplitud son un proceso reversible.
Si aumenta la amplitud de las ondas de sonido, finalmente llega a un régimen no lineal, donde la presión comienza a aumentar más rápidamente con la amplitud. La velocidad del sonido también aumenta con la presión, por lo que se desarrolla una situación en la que las porciones de gran amplitud de la onda comienzan a propagarse más rápido que las porciones de pequeña amplitud de la onda. Esto provocaría la ruptura de la ola si se tratara de una onda superficial en el agua, pero en el aire que no puede y no sucede, en lugar de eso, se desarrolla una discontinuidad en la presión a través de un límite muy definido. Así es como se desarrolla una onda de choque a partir de ondas de sonido que se acumulan.
La física en el frente de choque puede llegar a ser bastante complicada.
Cuando tiene un choque supersónico muy fuerte con un gran diferencial de presión, la entropía también se puede crear a través de la discontinuidad del choque. Así que las condiciones son muy diferentes a las de las ondas de sonido ordinarias.
- ¿Dónde se produce la taenidia?
- ¿Sobreviviría la ciencia si no se enseñara a toda una generación al respecto?
- ¿Sería posible ejecutar una casa estadounidense normal con la energía generada por las anguilas eléctricas?
- ¿Qué es una definición concreta de telepatía y cómo se puede entrenar la capacidad telepática?
- ¿La pintura fosforescente brillará si se pinta en el exterior de una bola de plasma?
Para un choque normal en movimiento en un gas que tiene un índice adiabático [math] \ gamma = \ frac {c_p} {c_v} [/ math], y por un shock normal, simplemente significa que el frente de choque es localmente normal a la dirección de En el flujo de gas corriente arriba, la siguiente relación se mantiene entre las presiones corriente arriba y corriente abajo y el número de Mach del flujo corriente arriba del choque, que coincide con la velocidad del frente de choque.
[math] \ frac {p_u} {p_d} = \ frac {2 \ gamma M ^ 2 – (\ gamma -1)} {\ gamma + 1} [/ math]
Si observamos esto, queda bastante claro que al aumentar la proporción de la presión corriente arriba y la presión corriente abajo, podemos hacer que el número de Mach sea tan grande como queramos. Por supuesto, los supuestos utilizados para derivar esta forma se descompondrán a presiones suficientemente altas. Pero en general será posible producir presiones tales que M> 1.
Puede realizar un choque supersónico creando una zona de aire de muy alta presión en un tubo de choque, que es solo un tubo cilíndrico, y confinando el aire de alta presión detrás de un diafragma rompible que lo separa de una región de aire de baja presión. Entonces rompes el diafragma.
Se formará una onda de choque en el límite entre el aire a baja presión y el aire a alta presión, se propagará rápidamente, y si la diferencia de presión es suficiente, supersónicamente, en el aire a baja presión.
Es un fenómeno de flujo masivo, muy diferente de una onda de sonido.
El aire corriente abajo estará efectivamente en reposo, con una onda de compresión propagándose hacia la región corriente abajo, mientras que aguas arriba del frente de choque el aire a alta presión se moverá supersónicamente, mientras que una onda de rarefacción se propaga hacia atrás en la región corriente arriba.
Ahora bien, puede haber casos en que una fuerte conmoción puede ser subsónica, pero definitivamente hay casos en los que puede ser supersónico.