Ona de choc

Archiu:Schlierenfoto Mach 1-2 Pfeilflügel - CAPS 0 .jpg

Fotografia Schlieren d'una ona de choc que viaja junt al morro d'un objecte supersònic.

En la mecànica de decorreguts, una ona de choc és una ona de pressió que viaja més ràpit que la velocitat del sò en el mateix mig pel qual es propaga l'ona, que a través de diversos fenomens produïx diferències de pressió extremes i aument de la temperatura (si be la temperatura de remanso permaneix constant d'acort en els models més simplificats). L'ona de pressió es desplaça com una ona de front pel mig.

Una de les seues característiques és que l'aument de pressió en el mig es percep com explosiones.

També s'aplica el terme per a designar a qualsevol tipo de propagació ondulatoria, i que transporta, per tant energia a través d'un mig continu o el buit, de tal manera que la seua front d'ona comporta un canvi abrupte de les propietats del mig.

Aparició i propietats fonamentals

En mijos compresibles (gasos) els destorbament en el mig es transmeten com a ones de pressió a distintes velocitats, per eixemple, en moure la mà desplacem aire a la velocitat de la mà, en parlar produïm una ona que es mou aproximadament a la velocitat del sò i un pistón de coche produïx una ona de choc que es mou a velocitat del pistón, per lo general a una velocitat superior a la del sò.

Si el destorbament es produïx a una velocitat menor a la del sò, el destorbament és la responsable de que el gas s'adapte a la forma de l'obstàcul per a que, per eixemple, en moure la mà no es quede un buit de gas en el lloc que ocupava la mà anteriorment. El gas ompli els buits degut a que el destorbament li informa d'on té que anar.

Pero si el destorbament es mou més ràpida que la velocitat del sò (el pistón del coche, per eixemple), la matèria del mig en les rodalies de l'orige del destorbament no pot reaccionar lo suficientment ràpit com per a evadir al destorbament. El valor de les condicions del gas (densitat, pressió, temperatura, velocitat, etc.) canvien casi instantàneament per a adaptar-se al destorbament. Aixina es produïxen ones de destorbament en aument de pressió i temperatura, cridades ones de choc. El buit que crea el pistón en moure's d'una posició a una atra s'ompli per mig d'uns mecanismes distints als de moviment subsónico, les ones de Rankine-Hugoniot o ones d'expansió.

Fenomens similars es coneixen no solament en la mecànica de decorreguts, per eixemple la radiació de Cherenkov, fenomen per mig del qual una partícula carregada eléctricamente que viaja a una velocitat menor a la de la llum en el buit pero major que en un mig material (per eixemple l'atmòsfera) genera per aixina dir-ho ones de choc de radiació en travessar dit mig.

Hi ha dos tipos fonamentals d'ones de choc que en la física són equivalents i solament es distinguixen en l'elecció del sistema de referència:

1. Ones progressives en mig parat: són produïdes per destorbament súbits en un mig, com a través d'una explosió o un pistón en un motor, tubo de choc, etc. Es mouen a velocitat supersònica i realment l'observador està quet en el mig i veu passar l'ona en moviment.
2. Ones estàtiques en mig decorregut: són produïdes quan hi ha un objecte movent-se a velocitat supersònica relativa al mig, és dir, l'observador està montat sobre l'ona i veu moure's el mig, per eixemple el vent solar en incidir contra la terra o un avió volant a velocitat supersònica.

Els eixemples anteriors vénen a mostrar la forma més senzilla d'estudiar dits fenomens, pero com ya s'ha dit anteriorment l'única diferència estreba en l'elecció del sistema de referència, per eixemple, la forma més senzilla d'estudiar l'ona de choc produïda per un proyectil matemàticament és montant-nos virtualment en el proyectil encara que siga físicament impossible fer-ho. No obstant l'estudi es fa fotografiant l'ona quan pansa per davant d'una cambra colocada a tal efecte.

Eixemples

• Explosions, com per eixemple bombes les ones de les quals són les responsables de moure objectes i destruir-los. Per a eixes ones de detonació existixen models matemàtics empírics i teòrics exactes. Un eixemple clàssic és el del Aikoku Maru en 1944 l'explosió del qual i immediata ona expansiva va destruir a l'avió atacant en l'aire i va matar instantàneament a més de 500 soldats i tripulants japonesos del buc.
• Els avions supersònics provoquen ones de choc en volar per damunt de règim transónico (M > 0,8) puix apareixen zones a on l'aire supera la velocitat del sò localment, per eixemple sobre el perfil de l'ala, encara que el propi avió no viage a M > 1.
• Meteorits que entren en l'atmòsfera produïxen ones de choc. L'aument de temperatura produït per l'ona de choc és la responsable de que es vegen els meteors.
• Quan els acorazar Classe Yamato disparaven la seua artilleria principal, els sirvientes dels emplaçaments antiaèreus propencs devien protegir-se en parapetos o corrien el risc d'esclat pulmonar si s'exponien a l'ona expansiva de la andanada.
• En les afores del canal de la llampada hi ha un aire molt calent que, en ones de choc, produïx el tro en tormentas. És dir que és com una explosió a lo llarc del camí que recorre la llampada. Per les fluctuacions irregulars que influïxen el camí de les ones, no solament se sent un colp sino una série de més o menys colps forts en una distància lluntana.
• En el mig interestelar les ones de choc poden ser provocades per supernovas o per núvols de gas i de pols en ser travessades per cossos en moviment (Bow Shock, artícul en anglés). Es poden observar gràcies als Rajos X.
• Els llímits de la magnetósfera de la Terra són senyalats com a ones de choc. En eixa frontera les partícules del vent solar són frenades abruptament. Com la velocitat mija d'eixes partícules és relativament més gran que la velocitat del sò en este mig es produïxen ones de choc.
• En 50-100 UA el vent solar es frena a través del mig interestelar. En el llímit de la heliopausa pot aparéixer una ona de choc.
• En els propulsors de les eixides poden aparéixer ones de choc si han segut mal dissenyats. Eixes ones poden causar la destrucció de l'eixida, per lo que deuen ser amortiguadas.