प्रघाती तरंग: Difference between revisions
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[[Image:Uss_iowa_bb-61_pr.jpg|thumb|right|यूएसएस आयोवा (बीबी-61) प्यूर्टो रिको, 1984 में प्रशिक्षण अभ्यास के दौरान [[ब्रॉडसाइड (नौसेना)]] पर फायरिंग करता है। गोलाकार निशान दिखाई देते हैं जहां बंदूक फायरिंग से बढ़ते गोलाकार वायुमंडलीय शॉकवेव पानी की सतह से मिलते हैं।]]भौतिकी में, शॉक वेव (शॉकवेव भी लिखा जाता है), या शॉक, एक प्रकार की प्रसार गड़बड़ी है जो माध्यम में ध्वनि की स्थानीय गति से तेज चलती है। एक साधारण तरंग की तरह, शॉक वेव ऊर्जा वहन करती है और एक माध्यम से फैल सकती है, लेकिन एक अचानक, लगभग असंतत, [[दबाव]], [[तापमान]] और माध्यम के [[घनत्व]] में परिवर्तन की विशेषता है।<ref>{{Citation | [[Image:Uss_iowa_bb-61_pr.jpg|thumb|right|यूएसएस आयोवा (बीबी-61) प्यूर्टो रिको, 1984 में प्रशिक्षण अभ्यास के दौरान [[ब्रॉडसाइड (नौसेना)]] पर फायरिंग करता है। गोलाकार निशान दिखाई देते हैं जहां बंदूक फायरिंग से बढ़ते गोलाकार वायुमंडलीय शॉकवेव पानी की सतह से मिलते हैं।]]भौतिकी में, शॉक वेव (शॉकवेव भी लिखा जाता है), या शॉक, एक प्रकार की प्रसार गड़बड़ी है जो माध्यम में ध्वनि की स्थानीय गति से तेज चलती है। एक साधारण तरंग की तरह, शॉक वेव ऊर्जा वहन करती है और एक माध्यम से फैल सकती है, लेकिन एक अचानक, लगभग असंतत, [[दबाव]], [[तापमान]] और माध्यम के [[घनत्व]] में परिवर्तन की विशेषता है।<ref>{{Citation | ||
|last = Anderson | first = John D. Jr.| title = Fundamentals of Aerodynamics | orig-year = 1984 | edition = 3rd| publisher = [[McGraw-Hill|McGraw-Hill Science/Engineering/Math]] |date=January 2001| isbn = 978-0-07-237335-6 }}</ref><ref>Zel’Dovich, Y. B., & Raizer, Y. P. (2012). Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamic phenomena. Courier Corporation.</ref><ref>Landau, L. D., & Lifshitz, E. M. (1987). Fluid Mechanics, Volume 6 of course of theoretical physics. Course of theoretical physics/by LD Landau and EM Lifshitz, 6.</ref><ref>Courant, R., & Friedrichs, K. O. (1999). Supersonic flow and shock waves (Vol. 21). Springer Science & Business Media.</ref><ref>Shapiro, A. H. (1953). The dynamics and thermodynamics of compressible fluid flow, vol. 1 (Vol. 454). Ronald Press, New York.</ref><ref>Liepman, H. W., & Roshko, A. (1957). Elements of gas dynamics. John Willey & Sons.</ref> | |last = Anderson | first = John D. Jr.| title = Fundamentals of Aerodynamics | orig-year = 1984 | edition = 3rd| publisher = [[McGraw-Hill|McGraw-Hill Science/Engineering/Math]] |date=January 2001| isbn = 978-0-07-237335-6 }}</ref><ref>Zel’Dovich, Y. B., & Raizer, Y. P. (2012). Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamic phenomena. Courier Corporation.</ref><ref>Landau, L. D., & Lifshitz, E. M. (1987). Fluid Mechanics, Volume 6 of course of theoretical physics. Course of theoretical physics/by LD Landau and EM Lifshitz, 6.</ref><ref>Courant, R., & Friedrichs, K. O. (1999). Supersonic flow and shock waves (Vol. 21). Springer Science & Business Media.</ref><ref>Shapiro, A. H. (1953). The dynamics and thermodynamics of compressible fluid flow, vol. 1 (Vol. 454). Ronald Press, New York.</ref><ref>Liepman, H. W., & Roshko, A. (1957). Elements of gas dynamics. John Willey & Sons.</ref> | ||
तुलना के प्रयोजन के लिए, [[सुपरसोनिक गति]] प्रवाह में, एक विस्तार पंखे के माध्यम से अतिरिक्त बढ़ा हुआ विस्तार प्राप्त किया जा सकता है, जिसे प्रांटल-मेयर विस्तार पंखे के रूप में भी जाना जाता है। साथ में विस्तार की लहर आ सकती है और अंत में विनाशकारी हस्तक्षेप की प्रक्रिया बनाने, सदमे की लहर के साथ टकराने और पुनः संयोजित हो सकती है। सुपरसोनिक विमान के | तुलना के प्रयोजन के लिए, [[सुपरसोनिक गति]] प्रवाह में, एक विस्तार पंखे के माध्यम से अतिरिक्त बढ़ा हुआ विस्तार प्राप्त किया जा सकता है, जिसे प्रांटल-मेयर विस्तार पंखे के रूप में भी जाना जाता है। साथ में विस्तार की लहर आ सकती है और अंत में विनाशकारी हस्तक्षेप की प्रक्रिया बनाने, सदमे की लहर के साथ टकराने और पुनः संयोजित हो सकती है। सुपरसोनिक विमान के गुजरने से जुड़ा [[ध्वनि बूम]] एक प्रकार की ध्वनि तरंग है जो [[तरंग हस्तक्षेप]] से उत्पन्न होती है। | ||
सॉलिटॉन्स (एक अन्य प्रकार की अरैखिक तरंग) के विपरीत, अकेले शॉक वेव की [[ऊर्जा]] और गति दूरी के साथ अपेक्षाकृत तेज़ी से फैलती है। | सॉलिटॉन्स (एक अन्य प्रकार की अरैखिक तरंग) के विपरीत, अकेले शॉक वेव की [[ऊर्जा]] और गति दूरी के साथ अपेक्षाकृत तेज़ी से फैलती है। जब एक शॉक वेव पदार्थ से गुजरती है, तो ऊर्जा संरक्षित रहती है लेकिन [[एन्ट्रापी]] बढ़ जाती है। पदार्थ के गुणों में यह परिवर्तन स्वयं को ऊर्जा में कमी के रूप में प्रकट करता है जिसे कार्य के रूप में निकाला जा सकता है, और सुपरसोनिक वस्तुओं पर एक कर्षण बल के रूप में; शॉक वेव्स दृढ़ता से [[अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं]] हैं। | ||
जब एक शॉक वेव पदार्थ से गुजरती है, तो ऊर्जा संरक्षित रहती है लेकिन [[एन्ट्रापी]] बढ़ जाती है। पदार्थ के गुणों में यह परिवर्तन स्वयं को ऊर्जा में कमी के रूप में प्रकट करता है जिसे कार्य के रूप में निकाला जा सकता है, और | |||
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[[Image:Pressure plot.png|200px|thumb|प्रेक्षक के पास से गुजरने वाली सुपरसोनिक वस्तु के मामले में बाहरी अवलोकन बिंदु पर दबाव-समय आरेख। वस्तु का अग्रणी किनारा झटके का कारण बनता है (बाएं, लाल रंग में) और वस्तु का पिछला किनारा विस्तार का कारण बनता है (दाएं, नीले रंग में)।]] | [[Image:Pressure plot.png|200px|thumb|प्रेक्षक के पास से गुजरने वाली सुपरसोनिक वस्तु के मामले में बाहरी अवलोकन बिंदु पर दबाव-समय आरेख। वस्तु का अग्रणी किनारा झटके का कारण बनता है (बाएं, लाल रंग में) और वस्तु का पिछला किनारा विस्तार का कारण बनता है (दाएं, नीले रंग में)।]] | ||
{{supersonic_shockwave_cone.svg}} | {{supersonic_shockwave_cone.svg}} | ||
मध्यम की विशेषताओं में परिवर्तन की अकस्मातता, जो आघात तरंगों की विशेषता है, को एक [[चरण संक्रमण]] के रूप में देखा जा सकता है: एक सुपरसोनिक वस्तु के प्रसार के दबाव-समय आरेख से पता चलता है कि कैसे एक सदमे की लहर से प्रेरित संक्रमण एक गतिशील चरण संक्रमण के अनुरूप है | मध्यम की विशेषताओं में परिवर्तन की अकस्मातता, जो आघात तरंगों की विशेषता है, को एक [[चरण संक्रमण]] के रूप में देखा जा सकता है: एक सुपरसोनिक वस्तु के प्रसार के दबाव-समय आरेख से पता चलता है कि कैसे एक सदमे की लहर से प्रेरित संक्रमण एक गतिशील चरण संक्रमण के अनुरूप है | ||
जब कोई वस्तु (या गड़बड़ी) सूचना की तुलना में तेजी से चलती है तो आसपास के तरल पदार्थ में फैल सकती है, तो गड़बड़ी के पास | जब कोई वस्तु (या गड़बड़ी) सूचना की तुलना में तेजी से चलती है तो आसपास के तरल पदार्थ में फैल सकती है, तो गड़बड़ी के पास तरल पदार्थ प्रतिक्रिया नहीं कर सकता है या अशांति आने से पहले "रास्ते से बाहर निकल सकता है"। शॉक वेव में द्रव के गुण (घनत्व, दबाव, तापमान, [[प्रवाह वेग]], [[मच संख्या]]) लगभग तुरंत बदल जाते हैं।<ref>[https://www.mdpi.com/2311-5521/7/1/16 Nikonov, V. A Semi-Lagrangian Godunov-Type Method without Numerical Viscosity for Shocks. Fluids 2022, 7, 16. https://doi.org/10.3390/fluids7010016]</ref> हवा में आघात तरंगों की मोटाई के मापन के परिणामस्वरूप लगभग 200 एनएम (लगभग 10−5 इंच)<ref>{{cite book |title=Introduction To Fluid Mechanics |edition=Fourth |first1=Robert W. |last1=Fox |first2=Alan T. |last2=McDonald |date=20 January 1992 |isbn=0-471-54852-9 }}</ref> के मान प्राप्त हुए हैं, जो गैस अणुओं के औसत मुक्त पथ के परिमाण के समान क्रम पर है। सातत्य के संदर्भ में, इसका तात्पर्य है कि आघात तरंग को या तो एक रेखा या एक समतल के रूप में माना जा सकता है यदि प्रवाह क्षेत्र क्रमशः द्वि-आयामी या त्रि-आयामी है। | ||
शॉक | शॉक तरंगें तब बनती हैं जब एक प्रेशर फ्रंट सुपरसोनिक गति से चलता है और आसपास की हवा को धकेलता है।<ref>{{Cite journal | title=High-speed Imaging of Shock Wave, Explosions and Gunshots | journal=American Scientist | volume=94 | issue=1 | year=2006 | pages= 22–31 | first1=Gary S. | last1=Settles| doi=10.1511/2006.57.22 }}</ref> जिस क्षेत्र में ऐसा होता है, प्रवाह के विरुद्ध यात्रा करने वाली ध्वनि तरंगें एक ऐसे बिंदु पर पहुंचती हैं जहां वे आगे धारा के विपरीत यात्रा नहीं कर सकती हैं और उस क्षेत्र में उत्तरोत्तर दबाव बनता है; एक उच्च दबाव शॉक वेव तेजी से बनता है। | ||
आघात तरंगें पारंपरिक ध्वनि तरंगें नहीं हैं; शॉक वेव गैस के गुणों में बहुत तेज बदलाव का रूप ले लेती है। हवा में | आघात तरंगें पारंपरिक ध्वनि तरंगें नहीं हैं; शॉक वेव गैस के गुणों में बहुत तेज बदलाव का रूप ले लेती है। हवा में प्रघाती तरंगें तेज "क्रैक" या "स्नैप" शोर के रूप में सुनाई देती हैं। लंबी दूरी पर, एक सदमे की लहर एक गैर-रैखिक लहर से एक रैखिक लहर में बदल सकती है, पारंपरिक ध्वनि तरंग में पतित हो जाती है क्योंकि यह हवा को गर्म करती है और ऊर्जा खो देती है। ध्वनि तरंग को सोनिक बूम के परिचित "थड" या "थंप" के रूप में सुना जाता है, जिसे आमतौर पर विमान की सुपरसोनिक उड़ान द्वारा बनाया जाता है। | ||
शॉक वेव कई अलग-अलग तरीकों में से एक है जिसमें सुपरसोनिक प्रवाह में गैस को संपीड़ित किया जा सकता है। कुछ अन्य | शॉक वेव कई अलग-अलग तरीकों में से एक है जिसमें सुपरसोनिक प्रवाह में गैस को संपीड़ित किया जा सकता है। कुछ अन्य तरीके आइसेंट्रोपिक कंप्रेशन हैं, जिनमें [[लुडविग प्रांटल]]र कंप्रेशन शामिल हैं। एक गैस के संपीड़न की विधि एक दिए गए दबाव अनुपात के लिए अलग-अलग तापमान और घनत्व में परिणाम देती है जिसे गैर-प्रतिक्रियाशील गैस के लिए विश्लेषणात्मक रूप से गणना की जा सकती है। सदमे की लहर संपीड़न के परिणामस्वरूप कुल दबाव का नुकसान होता है, जिसका अर्थ है कि यह कुछ उद्देश्यों के लिए गैसों को संपीड़ित करने का एक कम कुशल तरीका है, उदाहरण के लिए [[scramjet|स्क्रैमजेट]] के सेवन में। सुपरसोनिक विमानों पर प्रेशर-ड्रैग की उपस्थिति ज्यादातर प्रवाह पर शॉक कम्प्रेशन के प्रभाव के कारण होती है। | ||
== सामान्य झटके == | == सामान्य झटके == | ||
[[आदर्श गैस]] | [[आदर्श गैस|आदर्श गैसों]] का उपयोग करने वाले प्राथमिक [[द्रव यांत्रिकी]] में, एक शॉक वेव को एक विच्छिन्नता के रूप में माना जाता है, जहां शॉक पास होने पर एंट्रोपी अचानक बढ़ जाती है। चूँकि कोई द्रव प्रवाह बंद नहीं होता है, शॉक वेव के चारों ओर एक [[नियंत्रण मात्रा]] स्थापित किया जाता है, कंट्रोल सतहों के साथ जो इस वॉल्यूम को शॉक वेव के समानांतर बांधता है (फ्लुइड माध्यम के प्री-शॉक साइड पर एक सतह के साथ और पोस्ट- शॉक साइड)। दो सतहों को बहुत कम गहराई से अलग किया जाता है जैसे कि झटका स्वयं पूरी तरह से उनके बीच समाहित होता है। ऐसे नियंत्रण सतहों पर, संवेग, द्रव्यमान प्रवाह और ऊर्जा स्थिर होती है; दहन के भीतर, [[विस्फोट|विस्फोटों]] को सदमे की लहर में गर्मी परिचय के रूप में तैयार किया जा सकता है। यह माना जाता है कि प्रणाली रूद्धोष्म है (कोई गर्मी बाहर नहीं निकलती है या प्रणाली में प्रवेश नहीं करती है) और कोई काम नहीं किया जा रहा है। इन विचारों से रैंकिन-ह्यूगोनियट स्थितियां उत्पन्न होती हैं। | ||
स्थापित धारणाओं को ध्यान में रखते हुए, एक ऐसी प्रणाली में जहां डाउनस्ट्रीम गुण सबसोनिक बन रहे हैं: द्रव के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम प्रवाह गुणों को आइसेंट्रोपिक माना जाता है। चूंकि सिस्टम के भीतर ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर है, दोनों क्षेत्रों में ठहराव एन्थैल्पी स्थिर रहता है। हालाँकि, एन्ट्रॉपी बढ़ रही है; डाउनस्ट्रीम तरल पदार्थ के स्थिरता दबाव में गिरावट के कारण इसका हिसाब होना चाहिए। | स्थापित धारणाओं को ध्यान में रखते हुए, एक ऐसी प्रणाली में जहां डाउनस्ट्रीम गुण सबसोनिक बन रहे हैं: द्रव के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम प्रवाह गुणों को आइसेंट्रोपिक माना जाता है। चूंकि सिस्टम के भीतर ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर है, दोनों क्षेत्रों में ठहराव एन्थैल्पी स्थिर रहता है। हालाँकि, एन्ट्रॉपी बढ़ रही है; डाउनस्ट्रीम तरल पदार्थ के स्थिरता दबाव में गिरावट के कारण इसका हिसाब होना चाहिए। | ||
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जब एक तिरछे झटके के एक ऐसे कोण पर बनने की संभावना होती है जो सतह पर नहीं रह सकता है, तो एक अरैखिक घटना उत्पन्न होती है जहां सदमे की लहर शरीर के चारों ओर एक सतत पैटर्न बनाती है। इन्हें बो शॉक कहा जाता है। इन मामलों में, 1d प्रवाह मॉडल मान्य नहीं है और सतह पर दबाव डालने वाले दबाव बलों की भविष्यवाणी करने के लिए और विश्लेषण की आवश्यकता है। | जब एक तिरछे झटके के एक ऐसे कोण पर बनने की संभावना होती है जो सतह पर नहीं रह सकता है, तो एक अरैखिक घटना उत्पन्न होती है जहां सदमे की लहर शरीर के चारों ओर एक सतत पैटर्न बनाती है। इन्हें बो शॉक कहा जाता है। इन मामलों में, 1d प्रवाह मॉडल मान्य नहीं है और सतह पर दबाव डालने वाले दबाव बलों की भविष्यवाणी करने के लिए और विश्लेषण की आवश्यकता है। | ||
== नॉनलाइनियर स्टीपिंग | == नॉनलाइनियर स्टीपिंग के कारण शॉक वेव्स == | ||
सामान्य तरंगों के तीखेपन के कारण प्रघाती तरंगें बन सकती हैं। इस घटना का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण [[समुद्र की लहर]] | सामान्य तरंगों के तीखेपन के कारण प्रघाती तरंगें बन सकती हैं। इस घटना का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण [[समुद्र की लहर|समुद्र की लहरे]] हैं जो तट पर [[ब्रेकिंग वेव]] बनाती हैं। उथले पानी में सतही तरंगों की गति पानी की गहराई पर निर्भर करती है। एक आने वाली महासागरीय लहर में लहरों के बीच गर्त की तुलना में प्रत्येक लहर के शिखर के पास थोड़ी अधिक लहर की गति होती है, क्योंकि लहर की ऊंचाई पानी की गहराई की तुलना में असीम नहीं होती है। श्रृंग गर्त से आगे निकल जाते हैं जब तक कि लहर का अग्रणी किनारा एक ऊर्ध्वाधर चेहरा नहीं बनाता है और एक अशांत झटका (एक ब्रेकर) बनाने के लिए फैल जाता है जो लहर की ऊर्जा को ध्वनि और गर्मी के रूप में नष्ट कर देता है। | ||
तापमान और दबाव पर ध्वनि की गति की निर्भरता के कारण इसी तरह की घटनाएं गैस या प्लाज्मा में मजबूत ध्वनि तरंगों को प्रभावित करती हैं। हवा के एडियाबेटिक संपीड़न के कारण मजबूत तरंगें प्रत्येक दबाव के मोर्चे के पास माध्यम को गर्म करती हैं, ताकि उच्च दबाव वाले मोर्चे संबंधित दबाव गर्त से बाहर निकल जाएं। एक सिद्धांत है कि पीतल के उपकरणों | तापमान और दबाव पर ध्वनि की गति की निर्भरता के कारण इसी तरह की घटनाएं गैस या प्लाज्मा में मजबूत ध्वनि तरंगों को प्रभावित करती हैं। हवा के एडियाबेटिक संपीड़न के कारण मजबूत तरंगें प्रत्येक दबाव के मोर्चे के पास माध्यम को गर्म करती हैं, ताकि उच्च दबाव वाले मोर्चे संबंधित दबाव गर्त से बाहर निकल जाएं। एक सिद्धांत है कि ट्रॉम्बोन जैसे पीतल के उपकरणों में ध्वनि दबाव का स्तर इतना ऊंचा हो जाता है कि वह खड़ी हो जाती है, जिससे उपकरणों की चमकीली लय का एक अनिवार्य हिस्सा बन जाता है।{{refn|{{Citation|last1=Hirschberg|first1=A.|last2=Gilbert|first2=J.|last3=Msallam|first3=R.|last4=Wijnands|first4=A. P. J.|title=Shock Waves in Trombones|journal=Journal of the Acoustical Society of America|volume=99|issue=3|pages=1754–1758|date=March 1996|url=http://www.physics.mcgill.ca/~guymoore/ph225/shock.pdf|bibcode=1996ASAJ...99.1754H|doi=10.1121/1.414698|access-date=2017-04-17|archive-date=2019-12-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20191210004134/http://www.physics.mcgill.ca/%7Eguymoore/ph225/shock.pdf|url-status=dead}}}} जबकि इस प्रक्रिया से झटके का गठन आम तौर पर पृथ्वी के वायुमंडल में अघोषित ध्वनि तरंगों के लिए नहीं होता है, यह एक ऐसा तंत्र माना जाता है जिसके द्वारा सौर [[वर्णमण्डल]] और [[सूरज कोरोना]] को तरंगों के माध्यम से गर्म किया जाता है जो सौर इंटीरियर से फैलता है। | ||
== उपमाएँ == | == उपमाएँ == | ||
एक शॉक वेव को एक गतिमान वस्तु के सबसे दूर के बिंदु के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो वस्तु के दृष्टिकोण के बारे में जानता है। इस विवरण में, शॉक वेव पोजीशन को ज़ोन के बीच की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें शॉक-ड्राइविंग इवेंट के बारे में कोई जानकारी नहीं है और ज़ोन को शॉक-ड्राइविंग इवेंट के बारे में पता है, जो [[विशेष सापेक्षता]] के सिद्धांत में वर्णित [[प्रकाश शंकु]] के अनुरूप है। | एक शॉक वेव को एक गतिमान वस्तु के सबसे दूर के बिंदु के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो वस्तु के दृष्टिकोण के बारे में "जानता" है। इस विवरण में, शॉक वेव पोजीशन को ज़ोन के बीच की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें शॉक-ड्राइविंग इवेंट के बारे में कोई जानकारी नहीं है और ज़ोन को शॉक-ड्राइविंग इवेंट के बारे में पता है, जो [[विशेष सापेक्षता]] के सिद्धांत में वर्णित [[प्रकाश शंकु]] के अनुरूप है। | ||
शॉक वेव उत्पन्न करने के लिए, किसी दिए गए माध्यम (जैसे हवा या पानी) में एक वस्तु को ध्वनि की स्थानीय गति से तेज गति से यात्रा करनी चाहिए। उच्च सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले विमान के मामले में, विमान के चारों ओर हवा के क्षेत्र बिल्कुल ध्वनि की गति से यात्रा कर रहे हो सकते हैं, जिससे कि विमान से निकलने वाली ध्वनि तरंगें एक दूसरे पर ढेर हो जाती हैं, जैसे मोटरवे पर ट्रैफिक जाम . जब एक शॉक वेव बनती है, तो स्थानीय वायु दाब बढ़ता है और फिर बग़ल में फैल जाता है। इस प्रवर्धन प्रभाव के कारण, एक शॉक वेव बहुत तीव्र हो सकती है, एक विस्फोट की तरह जब कुछ दूरी पर सुना जाता है (संयोग से नहीं, क्योंकि विस्फोट शॉक वेव्स बनाते हैं)। | शॉक वेव उत्पन्न करने के लिए, किसी दिए गए माध्यम (जैसे हवा या पानी) में एक वस्तु को ध्वनि की स्थानीय गति से तेज गति से यात्रा करनी चाहिए। उच्च सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले विमान के मामले में, विमान के चारों ओर हवा के क्षेत्र बिल्कुल ध्वनि की गति से यात्रा कर रहे हो सकते हैं, जिससे कि विमान से निकलने वाली ध्वनि तरंगें एक दूसरे पर ढेर हो जाती हैं, जैसे मोटरवे पर ट्रैफिक जाम . जब एक शॉक वेव बनती है, तो स्थानीय वायु दाब बढ़ता है और फिर बग़ल में फैल जाता है। इस प्रवर्धन प्रभाव के कारण, एक शॉक वेव बहुत तीव्र हो सकती है, एक विस्फोट की तरह जब कुछ दूरी पर सुना जाता है (संयोग से नहीं, क्योंकि विस्फोट शॉक वेव्स बनाते हैं)। | ||
अनुरूप घटनाएं द्रव यांत्रिकी के बाहर जानी जाती हैं। उदाहरण के लिए, आवेशित कण एक [[अपवर्तन]] में प्रकाश की गति से | अनुरूप घटनाएं द्रव यांत्रिकी के बाहर जानी जाती हैं। उदाहरण के लिए, आवेशित कण एक [[अपवर्तन]] माध्यम में प्रकाश की गति से परे त्वरित होते हैं (जहां प्रकाश की गति निर्वात में पानी की तुलना में कम होती है) दृश्य आघात प्रभाव पैदा करते हैं, एक घटना जिसे [[चेरेंकोव विकिरण]] के रूप में जाना जाता है। | ||
== घटना प्रकार == | == घटना प्रकार == | ||
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=== [[हिलता हुआ झटका]] === | === [[हिलता हुआ झटका]] === | ||
* आमतौर पर एक स्थिर माध्यम में फैलने वाली शॉक वेव होती है | * आमतौर पर एक स्थिर माध्यम में फैलने वाली शॉक वेव होती है | ||
* इस मामले में, झटके | * इस मामले में, झटके से आगे की गैस स्थिर है (प्रयोगशाला के फ्रेम में) और झटके के पीछे की गैस प्रयोगशाला के फ्रेम में सुपरसोनिक हो सकती है। झटका एक लहरफ्रंट के साथ फैलता है जो प्रवाह की दिशा में सामान्य (समकोण पर) होता है। झटके की गति गैस के दो पिंडों के बीच मूल दबाव अनुपात का एक कार्य है। | ||
* | * मूविंग शॉक आमतौर पर अलग-अलग दबाव में गैस के दो पिंडों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होते हैं, जिसमें एक शॉक वेव कम दबाव वाली गैस में फैलता है और एक विस्तार तरंग उच्च दबाव वाली गैस में फैलती है। | ||
* उदाहरण: गुब्बारा फटना, [[शॉक ट्यूब]], [[विस्फोट की लहर]]। | * उदाहरण: गुब्बारा फटना, [[शॉक ट्यूब]], [[विस्फोट की लहर]]। | ||
=== विस्फोट की लहर === | === विस्फोट की लहर === | ||
{{Main| | {{Main|विस्फोट}} | ||
* एक विस्फोट तरंग अनिवार्य रूप से एक अनुगामी [[उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया]] द्वारा समर्थित एक झटका है। इसमें अत्यधिक ज्वलनशील या रासायनिक रूप से अस्थिर माध्यम जैसे ऑक्सीजन-मीथेन मिश्रण या [[उच्च विस्फोटक]] के माध्यम से यात्रा करने वाली एक लहर शामिल होती है। शॉक वेव के बाद माध्यम की रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, और प्रतिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा तरंग को आगे बढ़ाती है। | * एक विस्फोट तरंग अनिवार्य रूप से एक अनुगामी [[उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया]] द्वारा समर्थित एक झटका है। इसमें अत्यधिक ज्वलनशील या रासायनिक रूप से अस्थिर माध्यम जैसे ऑक्सीजन-मीथेन मिश्रण या [[उच्च विस्फोटक]] के माध्यम से यात्रा करने वाली एक लहर शामिल होती है। शॉक वेव के बाद माध्यम की रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, और प्रतिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा तरंग को आगे बढ़ाती है। | ||
* एक विस्फोट तरंग एक साधारण झटके से थोड़े अलग नियमों का पालन करती है क्योंकि यह शॉक वेवफ्रंट के पीछे होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया से प्रेरित होती है। विस्फोटों के लिए सबसे सरल सिद्धांत में, एक असमर्थित, स्व-प्रसारित विस्फोट तरंग चैपमैन-जौगेट स्थिति|चैपमैन-जौगेट प्रवाह वेग पर आगे बढ़ती है। विस्फोट से प्रेरित अधिक दबाव के कारण एक विस्फोट से आसपास की हवा में फैलने का झटका भी लगेगा। | * एक विस्फोट तरंग एक साधारण झटके से थोड़े अलग नियमों का पालन करती है क्योंकि यह शॉक वेवफ्रंट के पीछे होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया से प्रेरित होती है। विस्फोटों के लिए सबसे सरल सिद्धांत में, एक असमर्थित, स्व-प्रसारित विस्फोट तरंग चैपमैन-जौगेट स्थिति|चैपमैन-जौगेट प्रवाह वेग पर आगे बढ़ती है। विस्फोट से प्रेरित अधिक दबाव के कारण एक विस्फोट से आसपास की हवा में फैलने का झटका भी लगेगा। | ||
* जब [[ट्रिनिट्रोटोलुइन]] (जिसमें 6,900 m/s का [[विस्फोट वेग]] होता है) जैसे उच्च विस्फोटकों द्वारा शॉक वेव बनाई जाती है, तो यह हमेशा अपने उद्गम स्थल से उच्च, सुपरसोनिक वेग से यात्रा करेगी। | * जब [[ट्रिनिट्रोटोलुइन]] (जिसमें 6,900 m/s का [[विस्फोट वेग]] होता है) जैसे उच्च विस्फोटकों द्वारा शॉक वेव बनाई जाती है, तो यह हमेशा अपने उद्गम स्थल से उच्च, सुपरसोनिक वेग से यात्रा करेगी। | ||
[[Image:Photography of bow shock waves around a brass bullet, 1888.jpg|thumb|right|1887 में अर्नस्ट मच और पीटर साल्चर द्वारा प्रकाशित सुपरसोनिक उड़ान में बुलेट पर अलग किए गए झटके की श्लीरेन फोटोग्राफी।]]फाइल:सुपरसोनिक-बुलेट- | [[Image:Photography of bow shock waves around a brass bullet, 1888.jpg|thumb|right|1887 में अर्नस्ट मच और पीटर साल्चर द्वारा प्रकाशित सुपरसोनिक उड़ान में बुलेट पर अलग किए गए झटके की श्लीरेन फोटोग्राफी।]]'''फाइल:सुपरसोनिक-बुलेट-शैडो'''ग्राम-सेटल्स.टिफ|थंब|राइफल से दागी गई सुपरसोनिक गोली से शॉक वेव्स का शैडोग्राम। शैडोग्राफ ऑप्टिकल तकनीक से पता चलता है कि गोली लगभग 1.9 की मैक संख्या पर चल रही है। बाएँ और दाएँ चलने वाली धनुष तरंगें और पूंछ तरंगें बुलेट से वापस आती हैं और इसकी अशांत लहर भी दिखाई देती है। सबसे दाईं ओर के पैटर्न राइफल द्वारा निकाले गए बिना जले बारूद के कणों से हैं। | ||
=== बो शॉक (अलग शॉक) === | === बो शॉक (अलग शॉक) === | ||
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भौतिकी में, शॉक वेव (शॉकवेव भी लिखा जाता है), या शॉक, एक प्रकार की प्रसार गड़बड़ी है जो माध्यम में ध्वनि की स्थानीय गति से तेज चलती है। एक साधारण तरंग की तरह, शॉक वेव ऊर्जा वहन करती है और एक माध्यम से फैल सकती है, लेकिन एक अचानक, लगभग असंतत, दबाव, तापमान और माध्यम के घनत्व में परिवर्तन की विशेषता है।[1][2][3][4][5][6]
तुलना के प्रयोजन के लिए, सुपरसोनिक गति प्रवाह में, एक विस्तार पंखे के माध्यम से अतिरिक्त बढ़ा हुआ विस्तार प्राप्त किया जा सकता है, जिसे प्रांटल-मेयर विस्तार पंखे के रूप में भी जाना जाता है। साथ में विस्तार की लहर आ सकती है और अंत में विनाशकारी हस्तक्षेप की प्रक्रिया बनाने, सदमे की लहर के साथ टकराने और पुनः संयोजित हो सकती है। सुपरसोनिक विमान के गुजरने से जुड़ा ध्वनि बूम एक प्रकार की ध्वनि तरंग है जो तरंग हस्तक्षेप से उत्पन्न होती है।
सॉलिटॉन्स (एक अन्य प्रकार की अरैखिक तरंग) के विपरीत, अकेले शॉक वेव की ऊर्जा और गति दूरी के साथ अपेक्षाकृत तेज़ी से फैलती है। जब एक शॉक वेव पदार्थ से गुजरती है, तो ऊर्जा संरक्षित रहती है लेकिन एन्ट्रापी बढ़ जाती है। पदार्थ के गुणों में यह परिवर्तन स्वयं को ऊर्जा में कमी के रूप में प्रकट करता है जिसे कार्य के रूप में निकाला जा सकता है, और सुपरसोनिक वस्तुओं पर एक कर्षण बल के रूप में; शॉक वेव्स दृढ़ता से अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं हैं।
शब्दावली
शॉक वेव्स हो सकती हैं:
- सामान्य
- शॉक माध्यम के प्रवाह की दिशा में 90° (लंबवत) पर।
- तिरछा झटका
- प्रवाह की दिशा के कोण पर।
- बो शॉक (वायुगतिकीय)
- एक कुंद वस्तु के सामने (धनुष (जहाज)) के अपस्ट्रीम में होता है जब अपस्ट्रीम प्रवाह वेग मैक 1 से अधिक हो जाता है।
कुछ अन्य शर्तें:
- शॉक फ्रंट: वह सीमा जिस पर शॉक वेव के कारण भौतिक स्थितियों में अचानक परिवर्तन होता है।
- संपर्क मोर्चा: ड्राइवर गैस (उदाहरण के लिए आसपास की हवा पर एक उच्च विस्फोटक का प्रभाव) के कारण होने वाली शॉक वेव में, ड्राइवर (विस्फोटक उत्पाद) और संचालित (वायु) गैसों के बीच की सीमा। कॉन्टैक्ट फ्रंट शॉक फ्रंट को ट्रेस करता है।
सुपरसोनिक प्रवाह में
मध्यम की विशेषताओं में परिवर्तन की अकस्मातता, जो आघात तरंगों की विशेषता है, को एक चरण संक्रमण के रूप में देखा जा सकता है: एक सुपरसोनिक वस्तु के प्रसार के दबाव-समय आरेख से पता चलता है कि कैसे एक सदमे की लहर से प्रेरित संक्रमण एक गतिशील चरण संक्रमण के अनुरूप है
जब कोई वस्तु (या गड़बड़ी) सूचना की तुलना में तेजी से चलती है तो आसपास के तरल पदार्थ में फैल सकती है, तो गड़बड़ी के पास तरल पदार्थ प्रतिक्रिया नहीं कर सकता है या अशांति आने से पहले "रास्ते से बाहर निकल सकता है"। शॉक वेव में द्रव के गुण (घनत्व, दबाव, तापमान, प्रवाह वेग, मच संख्या) लगभग तुरंत बदल जाते हैं।[7] हवा में आघात तरंगों की मोटाई के मापन के परिणामस्वरूप लगभग 200 एनएम (लगभग 10−5 इंच)[8] के मान प्राप्त हुए हैं, जो गैस अणुओं के औसत मुक्त पथ के परिमाण के समान क्रम पर है। सातत्य के संदर्भ में, इसका तात्पर्य है कि आघात तरंग को या तो एक रेखा या एक समतल के रूप में माना जा सकता है यदि प्रवाह क्षेत्र क्रमशः द्वि-आयामी या त्रि-आयामी है।
शॉक तरंगें तब बनती हैं जब एक प्रेशर फ्रंट सुपरसोनिक गति से चलता है और आसपास की हवा को धकेलता है।[9] जिस क्षेत्र में ऐसा होता है, प्रवाह के विरुद्ध यात्रा करने वाली ध्वनि तरंगें एक ऐसे बिंदु पर पहुंचती हैं जहां वे आगे धारा के विपरीत यात्रा नहीं कर सकती हैं और उस क्षेत्र में उत्तरोत्तर दबाव बनता है; एक उच्च दबाव शॉक वेव तेजी से बनता है।
आघात तरंगें पारंपरिक ध्वनि तरंगें नहीं हैं; शॉक वेव गैस के गुणों में बहुत तेज बदलाव का रूप ले लेती है। हवा में प्रघाती तरंगें तेज "क्रैक" या "स्नैप" शोर के रूप में सुनाई देती हैं। लंबी दूरी पर, एक सदमे की लहर एक गैर-रैखिक लहर से एक रैखिक लहर में बदल सकती है, पारंपरिक ध्वनि तरंग में पतित हो जाती है क्योंकि यह हवा को गर्म करती है और ऊर्जा खो देती है। ध्वनि तरंग को सोनिक बूम के परिचित "थड" या "थंप" के रूप में सुना जाता है, जिसे आमतौर पर विमान की सुपरसोनिक उड़ान द्वारा बनाया जाता है।
शॉक वेव कई अलग-अलग तरीकों में से एक है जिसमें सुपरसोनिक प्रवाह में गैस को संपीड़ित किया जा सकता है। कुछ अन्य तरीके आइसेंट्रोपिक कंप्रेशन हैं, जिनमें लुडविग प्रांटलर कंप्रेशन शामिल हैं। एक गैस के संपीड़न की विधि एक दिए गए दबाव अनुपात के लिए अलग-अलग तापमान और घनत्व में परिणाम देती है जिसे गैर-प्रतिक्रियाशील गैस के लिए विश्लेषणात्मक रूप से गणना की जा सकती है। सदमे की लहर संपीड़न के परिणामस्वरूप कुल दबाव का नुकसान होता है, जिसका अर्थ है कि यह कुछ उद्देश्यों के लिए गैसों को संपीड़ित करने का एक कम कुशल तरीका है, उदाहरण के लिए स्क्रैमजेट के सेवन में। सुपरसोनिक विमानों पर प्रेशर-ड्रैग की उपस्थिति ज्यादातर प्रवाह पर शॉक कम्प्रेशन के प्रभाव के कारण होती है।
सामान्य झटके
आदर्श गैसों का उपयोग करने वाले प्राथमिक द्रव यांत्रिकी में, एक शॉक वेव को एक विच्छिन्नता के रूप में माना जाता है, जहां शॉक पास होने पर एंट्रोपी अचानक बढ़ जाती है। चूँकि कोई द्रव प्रवाह बंद नहीं होता है, शॉक वेव के चारों ओर एक नियंत्रण मात्रा स्थापित किया जाता है, कंट्रोल सतहों के साथ जो इस वॉल्यूम को शॉक वेव के समानांतर बांधता है (फ्लुइड माध्यम के प्री-शॉक साइड पर एक सतह के साथ और पोस्ट- शॉक साइड)। दो सतहों को बहुत कम गहराई से अलग किया जाता है जैसे कि झटका स्वयं पूरी तरह से उनके बीच समाहित होता है। ऐसे नियंत्रण सतहों पर, संवेग, द्रव्यमान प्रवाह और ऊर्जा स्थिर होती है; दहन के भीतर, विस्फोटों को सदमे की लहर में गर्मी परिचय के रूप में तैयार किया जा सकता है। यह माना जाता है कि प्रणाली रूद्धोष्म है (कोई गर्मी बाहर नहीं निकलती है या प्रणाली में प्रवेश नहीं करती है) और कोई काम नहीं किया जा रहा है। इन विचारों से रैंकिन-ह्यूगोनियट स्थितियां उत्पन्न होती हैं।
स्थापित धारणाओं को ध्यान में रखते हुए, एक ऐसी प्रणाली में जहां डाउनस्ट्रीम गुण सबसोनिक बन रहे हैं: द्रव के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम प्रवाह गुणों को आइसेंट्रोपिक माना जाता है। चूंकि सिस्टम के भीतर ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर है, दोनों क्षेत्रों में ठहराव एन्थैल्पी स्थिर रहता है। हालाँकि, एन्ट्रॉपी बढ़ रही है; डाउनस्ट्रीम तरल पदार्थ के स्थिरता दबाव में गिरावट के कारण इसका हिसाब होना चाहिए।
अन्य झटके
तिरछा झटका
एक प्रवाह क्षेत्र में आघात तरंगों का विश्लेषण करते समय, जो अभी भी शरीर से जुड़े होते हैं, प्रवाह की दिशा से कुछ मनमाने कोण पर विचलन करने वाली आघात तरंग को तिरछा झटका कहा जाता है। इन झटकों के लिए प्रवाह के घटक सदिश विश्लेषण की आवश्यकता होती है; ऐसा करने से ओर्थोगोनल दिशा में प्रवाह के उपचार के लिए सामान्य झटके के रूप में तिरछे झटके की अनुमति मिलती है।
धनुष झटके
जब एक तिरछे झटके के एक ऐसे कोण पर बनने की संभावना होती है जो सतह पर नहीं रह सकता है, तो एक अरैखिक घटना उत्पन्न होती है जहां सदमे की लहर शरीर के चारों ओर एक सतत पैटर्न बनाती है। इन्हें बो शॉक कहा जाता है। इन मामलों में, 1d प्रवाह मॉडल मान्य नहीं है और सतह पर दबाव डालने वाले दबाव बलों की भविष्यवाणी करने के लिए और विश्लेषण की आवश्यकता है।
नॉनलाइनियर स्टीपिंग के कारण शॉक वेव्स
सामान्य तरंगों के तीखेपन के कारण प्रघाती तरंगें बन सकती हैं। इस घटना का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण समुद्र की लहरे हैं जो तट पर ब्रेकिंग वेव बनाती हैं। उथले पानी में सतही तरंगों की गति पानी की गहराई पर निर्भर करती है। एक आने वाली महासागरीय लहर में लहरों के बीच गर्त की तुलना में प्रत्येक लहर के शिखर के पास थोड़ी अधिक लहर की गति होती है, क्योंकि लहर की ऊंचाई पानी की गहराई की तुलना में असीम नहीं होती है। श्रृंग गर्त से आगे निकल जाते हैं जब तक कि लहर का अग्रणी किनारा एक ऊर्ध्वाधर चेहरा नहीं बनाता है और एक अशांत झटका (एक ब्रेकर) बनाने के लिए फैल जाता है जो लहर की ऊर्जा को ध्वनि और गर्मी के रूप में नष्ट कर देता है।
तापमान और दबाव पर ध्वनि की गति की निर्भरता के कारण इसी तरह की घटनाएं गैस या प्लाज्मा में मजबूत ध्वनि तरंगों को प्रभावित करती हैं। हवा के एडियाबेटिक संपीड़न के कारण मजबूत तरंगें प्रत्येक दबाव के मोर्चे के पास माध्यम को गर्म करती हैं, ताकि उच्च दबाव वाले मोर्चे संबंधित दबाव गर्त से बाहर निकल जाएं। एक सिद्धांत है कि ट्रॉम्बोन जैसे पीतल के उपकरणों में ध्वनि दबाव का स्तर इतना ऊंचा हो जाता है कि वह खड़ी हो जाती है, जिससे उपकरणों की चमकीली लय का एक अनिवार्य हिस्सा बन जाता है।[10] जबकि इस प्रक्रिया से झटके का गठन आम तौर पर पृथ्वी के वायुमंडल में अघोषित ध्वनि तरंगों के लिए नहीं होता है, यह एक ऐसा तंत्र माना जाता है जिसके द्वारा सौर वर्णमण्डल और सूरज कोरोना को तरंगों के माध्यम से गर्म किया जाता है जो सौर इंटीरियर से फैलता है।
उपमाएँ
एक शॉक वेव को एक गतिमान वस्तु के सबसे दूर के बिंदु के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो वस्तु के दृष्टिकोण के बारे में "जानता" है। इस विवरण में, शॉक वेव पोजीशन को ज़ोन के बीच की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें शॉक-ड्राइविंग इवेंट के बारे में कोई जानकारी नहीं है और ज़ोन को शॉक-ड्राइविंग इवेंट के बारे में पता है, जो विशेष सापेक्षता के सिद्धांत में वर्णित प्रकाश शंकु के अनुरूप है।
शॉक वेव उत्पन्न करने के लिए, किसी दिए गए माध्यम (जैसे हवा या पानी) में एक वस्तु को ध्वनि की स्थानीय गति से तेज गति से यात्रा करनी चाहिए। उच्च सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले विमान के मामले में, विमान के चारों ओर हवा के क्षेत्र बिल्कुल ध्वनि की गति से यात्रा कर रहे हो सकते हैं, जिससे कि विमान से निकलने वाली ध्वनि तरंगें एक दूसरे पर ढेर हो जाती हैं, जैसे मोटरवे पर ट्रैफिक जाम . जब एक शॉक वेव बनती है, तो स्थानीय वायु दाब बढ़ता है और फिर बग़ल में फैल जाता है। इस प्रवर्धन प्रभाव के कारण, एक शॉक वेव बहुत तीव्र हो सकती है, एक विस्फोट की तरह जब कुछ दूरी पर सुना जाता है (संयोग से नहीं, क्योंकि विस्फोट शॉक वेव्स बनाते हैं)।
अनुरूप घटनाएं द्रव यांत्रिकी के बाहर जानी जाती हैं। उदाहरण के लिए, आवेशित कण एक अपवर्तन माध्यम में प्रकाश की गति से परे त्वरित होते हैं (जहां प्रकाश की गति निर्वात में पानी की तुलना में कम होती है) दृश्य आघात प्रभाव पैदा करते हैं, एक घटना जिसे चेरेंकोव विकिरण के रूप में जाना जाता है।
घटना प्रकार
शॉक वेव्स के कई उदाहरण नीचे दिए गए हैं, जिन्हें व्यापक रूप से समान शॉक फेनोमेना के साथ समूहीकृत किया गया है:
हिलता हुआ झटका
- आमतौर पर एक स्थिर माध्यम में फैलने वाली शॉक वेव होती है
- इस मामले में, झटके से आगे की गैस स्थिर है (प्रयोगशाला के फ्रेम में) और झटके के पीछे की गैस प्रयोगशाला के फ्रेम में सुपरसोनिक हो सकती है। झटका एक लहरफ्रंट के साथ फैलता है जो प्रवाह की दिशा में सामान्य (समकोण पर) होता है। झटके की गति गैस के दो पिंडों के बीच मूल दबाव अनुपात का एक कार्य है।
- मूविंग शॉक आमतौर पर अलग-अलग दबाव में गैस के दो पिंडों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होते हैं, जिसमें एक शॉक वेव कम दबाव वाली गैस में फैलता है और एक विस्तार तरंग उच्च दबाव वाली गैस में फैलती है।
- उदाहरण: गुब्बारा फटना, शॉक ट्यूब, विस्फोट की लहर।
विस्फोट की लहर
- एक विस्फोट तरंग अनिवार्य रूप से एक अनुगामी उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया द्वारा समर्थित एक झटका है। इसमें अत्यधिक ज्वलनशील या रासायनिक रूप से अस्थिर माध्यम जैसे ऑक्सीजन-मीथेन मिश्रण या उच्च विस्फोटक के माध्यम से यात्रा करने वाली एक लहर शामिल होती है। शॉक वेव के बाद माध्यम की रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, और प्रतिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा तरंग को आगे बढ़ाती है।
- एक विस्फोट तरंग एक साधारण झटके से थोड़े अलग नियमों का पालन करती है क्योंकि यह शॉक वेवफ्रंट के पीछे होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया से प्रेरित होती है। विस्फोटों के लिए सबसे सरल सिद्धांत में, एक असमर्थित, स्व-प्रसारित विस्फोट तरंग चैपमैन-जौगेट स्थिति|चैपमैन-जौगेट प्रवाह वेग पर आगे बढ़ती है। विस्फोट से प्रेरित अधिक दबाव के कारण एक विस्फोट से आसपास की हवा में फैलने का झटका भी लगेगा।
- जब ट्रिनिट्रोटोलुइन (जिसमें 6,900 m/s का विस्फोट वेग होता है) जैसे उच्च विस्फोटकों द्वारा शॉक वेव बनाई जाती है, तो यह हमेशा अपने उद्गम स्थल से उच्च, सुपरसोनिक वेग से यात्रा करेगी।
फाइल:सुपरसोनिक-बुलेट-शैडोग्राम-सेटल्स.टिफ|थंब|राइफल से दागी गई सुपरसोनिक गोली से शॉक वेव्स का शैडोग्राम। शैडोग्राफ ऑप्टिकल तकनीक से पता चलता है कि गोली लगभग 1.9 की मैक संख्या पर चल रही है। बाएँ और दाएँ चलने वाली धनुष तरंगें और पूंछ तरंगें बुलेट से वापस आती हैं और इसकी अशांत लहर भी दिखाई देती है। सबसे दाईं ओर के पैटर्न राइफल द्वारा निकाले गए बिना जले बारूद के कणों से हैं।
बो शॉक (अलग शॉक)
- ये झटके घुमावदार होते हैं और शरीर के सामने थोड़ी सी दूरी बनाते हैं। सीधे शरीर के सामने, वे आने वाले प्रवाह के 90 डिग्री पर खड़े होते हैं और फिर शरीर के चारों ओर वक्र होते हैं। अलग किए गए झटके झटके के पास प्रवाह के लिए उसी प्रकार की विश्लेषणात्मक गणना की अनुमति देते हैं जैसे संलग्न झटके के लिए। वे निरंतर रुचि का विषय हैं, क्योंकि कुंद शरीर के आगे झटके की दूरी को नियंत्रित करने वाले नियम जटिल हैं और शरीर के आकार का एक कार्य है। इसके अतिरिक्त, शॉक स्टैंडऑफ दूरी एक गैर-आदर्श गैस के तापमान के साथ काफी भिन्न होती है, जिससे वाहन की थर्मल सुरक्षा प्रणाली में गर्मी हस्तांतरण में बड़े अंतर होते हैं। वायुमंडलीय पुनर्प्रवेश पर इस विषय पर विस्तृत चर्चा देखें। ये विश्लेषणात्मक समीकरणों के मजबूत-झटके समाधानों का पालन करते हैं, जिसका अर्थ है कि कुछ तिरछे झटकों के लिए विक्षेपण कोण सीमा के बहुत करीब, डाउनस्ट्रीम मच संख्या सबसोनिक है। धनुष के झटके (वायुगतिकी) या तिरछा झटका भी देखें
- ऐसा झटका तब लगता है जब अधिकतम विक्षेपण कोण पार हो जाता है। एक अलग झटका आमतौर पर कुंद निकायों पर देखा जाता है, लेकिन तेज निकायों पर कम मच संख्या में भी देखा जा सकता है।
- उदाहरण: स्पेस रिटर्न व्हीकल (अपोलो, स्पेस शटल), बुलेट्स, चुंबकमंडल की सीमा (बो शॉक)। बो शॉक नाम झुककर लहराना के उदाहरण से आता है, पानी के माध्यम से चलने वाले जहाज या नाव के धनुष (सामने) पर बनने वाला अलग शॉक, जिसकी धीमी सतह तरंग गति आसानी से पार हो जाती है (समुद्र की सतह की लहर देखें)।
संलग्न झटका
- ये झटके सुपरसोनिक गति से चलने वाले तेज पिंडों की नोक से जुड़े हुए दिखाई देते हैं।
- उदाहरण: सुपरसोनिक वेजेज और छोटे शीर्ष कोण वाले कोन।
- अटैच्ड शॉक वेव एरोडायनामिक्स में एक क्लासिक संरचना है क्योंकि, एक आदर्श गैस और इनविसिड फ्लो फील्ड के लिए, एक विश्लेषणात्मक समाधान उपलब्ध है, जैसे कि दबाव अनुपात, तापमान अनुपात, वेज का कोण और डाउनस्ट्रीम मच संख्या सभी की गणना की जा सकती है अपस्ट्रीम मच नंबर और शॉक एंगल जानना। छोटे झटके वाले कोण उच्च अपस्ट्रीम मच संख्या के साथ जुड़े होते हैं, और विशेष मामला जहां सदमे की लहर 90 ° पर आने वाले प्रवाह (सामान्य झटके) पर होती है, एक की मच संख्या के साथ जुड़ा होता है। ये विश्लेषणात्मक समीकरणों के कमजोर-आघात समाधानों का अनुसरण करते हैं।
तीव्र दानेदार प्रवाह में
प्रघाती तरंगें आनत चैनलों या ढलानों के नीचे घनी दानेदार सामग्री के तीव्र प्रवाह में भी उत्पन्न हो सकती हैं। तेजी से घने दानेदार प्रवाह में मजबूत झटकों का सैद्धांतिक रूप से अध्ययन किया जा सकता है और प्रयोगात्मक डेटा के साथ तुलना करने के लिए विश्लेषण किया जा सकता है। एक विन्यास पर विचार करें जिसमें चुट के नीचे तेजी से चलती सामग्री एक लंबी और खड़ी चैनल के अंत में एक बाधा वाली दीवार से टकराती है। प्रभाव एक तेजी से चलती सुपरक्रिटिकल प्रवाह पतली परत से एक स्थिर मोटी ढेर में प्रवाह शासन में अचानक परिवर्तन की ओर जाता है। यह प्रवाह विन्यास विशेष रूप से दिलचस्प है क्योंकि यह कुछ हाइड्रोलिक और वायुगतिकीय स्थितियों के अनुरूप है जो सुपरक्रिटिकल से सबक्रिटिकल प्रवाह में प्रवाह शासन परिवर्तन से जुड़े हैं।
खगोल भौतिकी में
एस्ट्रोफिजिकल वातावरण में कई अलग-अलग प्रकार की शॉक वेव्स होती हैं। कुछ सामान्य उदाहरण सुपरनोवा शॉक वेव्स या ब्लास्ट वेव्स हैं जो इंटरस्टेलर माध्यम से यात्रा करते हैं, पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के सौर हवा से टकराने के कारण होने वाले शॉक वेव्स और आकाशगंगा के आपस में टकराने के कारण शॉक वेव्स हैं। खगोल भौतिकी में आघात का एक और दिलचस्प प्रकार अर्ध-स्थिर उल्टा आघात या समाप्ति आघात है जो युवा पलसर से अति सापेक्षतावादी हवा को समाप्त करता है।
उल्का घटनाओं में प्रवेश
पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करने पर उल्कापिंडों द्वारा आघात तरंगें उत्पन्न होती हैं।[11] तुंगुस्का घटना और 2013 की रूसी उल्का घटना उल्कापिंड#उल्लेखनीय उल्काओं द्वारा उत्पन्न शॉक वेव का सबसे अच्छा प्रलेखित साक्ष्य है।
जब 2013 का उल्का पृथ्वी के वायुमंडल में 100 या अधिक किलोटन टीएनटी के बराबर ऊर्जा रिलीज के साथ प्रवेश किया, छोटा बच्चा की तुलना में दर्जनों गुना अधिक शक्तिशाली, उल्का की शॉक वेव ने सुपरसोनिक स्पीड जेट के फ्लाईबाई (सीधे उल्का के नीचे) के रूप में नुकसान पहुंचाया। पथ) और एक विस्फोट तरंग के रूप में, उल्का विस्फोट पर केंद्रित गोलाकार शॉक वेव के साथ, चेल्याबिंस्क शहर और पड़ोसी क्षेत्रों (चित्रित) में टूटे हुए कांच के कई उदाहरण हैं।
तकनीकी अनुप्रयोग
नीचे दिए गए उदाहरणों में, सदमे की लहर को नियंत्रित किया जाता है, (उदा। एयरफॉइल) या एक तकनीकी उपकरण के इंटीरियर में, टर्बाइन की तरह।
रीकंप्रेशन शॉक
* ये झटके तब दिखाई देते हैं जब एक ट्रांसोनिक बॉडी पर प्रवाह सबसोनिक गति से कम हो जाता है।
- उदाहरण: ट्रांसोनिक पंख, टर्बाइन
- जहां एक ट्रांसोनिक विंग के चूषण पक्ष पर प्रवाह सुपरसोनिक गति के लिए त्वरित होता है, परिणामी पुन: संपीड़न या तो प्रांटल-मेयर संपीड़न या सामान्य सदमे के गठन से हो सकता है। यह झटका ट्रांसोनिक उपकरणों के निर्माताओं के लिए विशेष रुचि रखता है क्योंकि यह सीमा परत को उस बिंदु पर अलग कर सकता है जहां यह ट्रांसोनिक प्रोफाइल को छूता है। इसके बाद प्रोफ़ाइल पर पूर्ण पृथक्करण और स्टॉल हो सकता है, उच्च ड्रैग, या शॉक-बफेट, एक ऐसी स्थिति जहां अलगाव और शॉक अनुनाद स्थिति में परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे अंतर्निहित संरचना पर प्रतिध्वनित भार उत्पन्न होता है।
पाइप प्रवाह
- यह झटका तब लगता है जब किसी पाइप में सुपरसोनिक प्रवाह धीमा हो जाता है।
- उदाहरण:
- सुपरसोनिक प्रणोदन में: ramjet, स्क्रैमजेट, प्रारंभ करना।
- प्रवाह नियंत्रण में: सुई वाल्व, चोक वेंटुरी।
- इस मामले में शॉक के आगे की गैस सुपरसोनिक (प्रयोगशाला फ्रेम में) है, और शॉक सिस्टम के पीछे की गैस या तो सुपरसोनिक (तिरछी झटके) या सबसोनिक (एक सामान्य झटका) है (हालांकि कुछ तिरछे झटकों के लिए बहुत करीब है) विक्षेपण कोण सीमा, डाउनस्ट्रीम मच संख्या सबसोनिक है।) झटका एक अभिसरण वाहिनी द्वारा गैस के मंदी का परिणाम है, या समानांतर वाहिनी की दीवार पर सीमा परत की वृद्धि से होता है।
दहन इंजन
लहर डिस्क इंजन (जिसे रेडियल इंटरनल कम्बशन वेव रोटर भी कहा जाता है) एक प्रकार का पिस्टन रहित रोटरी इंजन है जो उच्च-ऊर्जा तरल पदार्थ के बीच ऊर्जा को कम-ऊर्जा तरल पदार्थ में स्थानांतरित करने के लिए शॉक तरंगों का उपयोग करता है, जिससे निम्न तापमान और दबाव दोनों में वृद्धि होती है- ऊर्जा द्रव।
यादगार
memristor्स में, बाहरी रूप से लागू विद्युत क्षेत्र के तहत, संक्रमण-धातु ऑक्साइड में शॉक वेव्स लॉन्च की जा सकती हैं, जिससे तेज और गैर-वाष्पशील प्रतिरोधकता परिवर्तन होते हैं।[12]
शॉक कैप्चरिंग और डिटेक्शन
संख्यात्मक संगणनाओं और प्रायोगिक प्रेक्षणों दोनों में आघात तरंगों को पकड़ने और आघात तरंगों का पता लगाने के लिए उन्नत तकनीकों की आवश्यकता है।[13][14][15][16][17][18][19] कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी आमतौर पर सदमे तरंगों के साथ प्रवाह क्षेत्र प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाती है। यद्यपि प्रघाती तरंगें तीक्ष्ण विच्छिन्नताएँ होती हैं, विच्छिन्नता (शॉक वेव, संपर्क विच्छिन्नता या स्लिप लाइन) के साथ द्रव प्रवाह के संख्यात्मक विलयनों में, आघात तरंग को निम्न-क्रम संख्यात्मक विधि (संख्यात्मक अपव्यय के कारण) द्वारा सुचारू किया जा सकता है या नकली दोलन होते हैं उच्च-क्रम संख्यात्मक विधि द्वारा सदमे की सतह के पास (गिब्स घटना के कारण[20]).
शॉक वेव की तुलना में द्रव प्रवाह में कुछ अन्य विच्छिन्नताएं मौजूद हैं। स्लिप सरफेस (3D) या स्लिप लाइन (2D) एक प्लेन है, जिसके आर-पार स्पर्शरेखा वेग असतत है, जबकि दबाव और सामान्य वेग निरंतर हैं। संपर्क विच्छेदन के पार, दबाव और वेग निरंतर होते हैं और घनत्व विच्छिन्न होता है। एक मजबूत विस्तार तरंग या कतरनी परत में उच्च ढाल वाले क्षेत्र भी हो सकते हैं जो एक विच्छिन्नता प्रतीत होते हैं। इन प्रवाह संरचनाओं और आघात तरंगों की कुछ सामान्य विशेषताएं और संख्यात्मक और प्रायोगिक उपकरणों के अपर्याप्त पहलुओं से अभ्यास में दो महत्वपूर्ण समस्याएं होती हैं: (1) कुछ शॉक वेव्स का पता नहीं लगाया जा सकता है या उनकी स्थिति गलत पाई जाती है, (2) कुछ फ्लो स्ट्रक्चर्स जो शॉक वेव्स नहीं हैं, गलत तरीके से शॉक वेव्स होने का पता लगाया जाता है।
वास्तव में, शॉक वेव्स का सही कैप्चरिंग और डिटेक्शन महत्वपूर्ण है क्योंकि शॉक वेव्स के निम्नलिखित प्रभाव होते हैं: (1) कुल दबाव के नुकसान के कारण, जो स्क्रैमजेट इंजन के प्रदर्शन से संबंधित चिंता का विषय हो सकता है, (2) वेव-राइडर कॉन्फ़िगरेशन के लिए लिफ्ट प्रदान करना, क्योंकि वाहन की निचली सतह पर तिरछी शॉक वेव लिफ्ट उत्पन्न करने के लिए उच्च दबाव उत्पन्न कर सकती है, (3) उच्च गति वाले वाहन के वेव ड्रैग के कारण जो वाहन के प्रदर्शन के लिए हानिकारक है, (4) गंभीर दबाव भार और ऊष्मा प्रवाह को प्रेरित करना, उदा। टाइप IV शॉक-शॉक इंटरफेरेंस से वाहन की सतह पर 17 गुना ताप वृद्धि हो सकती है, (5) अन्य संरचनाओं के साथ परस्पर क्रिया, जैसे कि सीमा परतें, नए प्रवाह संरचनाओं जैसे प्रवाह पृथक्करण, संक्रमण, आदि का उत्पादन करने के लिए।
यह भी देखें
- विस्फोट की लहर
- खगोल भौतिकी में शॉक वेव्स
- वायुमंडलीय ध्यान केंद्रित करना
- वायुमंडलीय पुनर्प्रवेश
- चेरेंकोव विकिरण
- विस्फोट
- हाइड्रोलिक कूदो
- जूल-थॉमसन प्रभाव[21]
- मच लहर
- मैग्नेटोपॉज़
- मोरटन तरंग
- सामान्य शॉक टेबल
- तिरछा झटका
- प्रांडल-मेयर विस्तार प्रशंसक
- झटके और असंतोष (एमएचडी)
- शॉक (यांत्रिकी)
- ध्वनि बूम
- सुपरक्रिटिकल एयरफॉइल
- अंडरकंप्रेसिव शॉक वेव
- अनस्टार्ट करें
- शॉक हीरा
- केल्विन वेक पैटर्न
संदर्भ
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आगे की पढाई
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बाहरी कड़ियाँ
- NASA Glenn Research Center information on:
- Selkirk college: Aviation intranet: High speed (supersonic) flight
- Fundamentals of compressible flow, 2007
- NASA 2015 Schlieren image shock wave T-38C
