Onda de choque
En física, una onda de choque (también deletreada onda de choque ), o choque , es un tipo de perturbación que se propaga y se mueve más rápido que la velocidad local del sonido en el medio. Al igual que una onda ordinaria, una onda de choque transporta energía y puede propagarse a través de un medio, pero se caracteriza por un cambio abrupto, casi discontinuo, en la presión , la temperatura y la densidad del medio. [1] [2] [3] [4] [5] [6]
A modo de comparación, en flujos supersónicos , se puede lograr una mayor expansión adicional a través de un ventilador de expansión , también conocido como ventilador de expansión Prandtl-Meyer . La onda de expansión que la acompaña puede acercarse y eventualmente chocar y recombinarse con la onda de choque, creando un proceso de interferencia destructiva. El estampido sónico asociado al paso de un avión supersónico es un tipo de onda sonora producida por interferencia constructiva .
A diferencia de los solitones (otro tipo de onda no lineal), la energía y la velocidad de una onda de choque por sí sola se disipa relativamente rápido con la distancia. Cuando una onda de choque atraviesa la materia, se conserva la energía pero aumenta la entropía . Este cambio en las propiedades de la materia se manifiesta como una disminución de la energía que puede extraerse como trabajo y como una fuerza de arrastre sobre los objetos supersónicos ; Las ondas de choque son procesos fuertemente irreversibles .
La brusquedad del cambio en las características del medio, que caracterizan las ondas de choque, puede verse como una transición de fase : el diagrama de presión-tiempo de un objeto supersónico que se propaga muestra cómo la transición inducida por una onda de choque es análoga a una transición de fase dinámica. .
Cuando un objeto (o perturbación) se mueve más rápido de lo que la información puede propagarse en el fluido circundante, entonces el fluido cercano a la perturbación no puede reaccionar o "quitarse del camino" antes de que llegue la perturbación. En una onda de choque, las propiedades del fluido ( densidad , presión , temperatura , velocidad de flujo , número de Mach ) cambian casi instantáneamente. [7] Las mediciones del grosor de las ondas de choque en el aire dieron como resultado valores de alrededor de 200 nm (alrededor de 10 −5 pulgadas ), [8]que está en el mismo orden de magnitud que el camino libre medio de las moléculas de gas. En referencia al continuo, esto implica que la onda de choque puede tratarse como una línea o un plano si el campo de flujo es bidimensional o tridimensional, respectivamente.
Las ondas de choque se forman cuando un frente de presión se mueve a velocidades supersónicas y empuja el aire circundante. [9] En la región donde esto ocurre, las ondas sonoras que viajan contra la corriente alcanzan un punto en el que no pueden viajar más río arriba y la presión aumenta progresivamente en esa región; se forma rápidamente una onda de choque de alta presión.
