גל הלם
גל הלם הוא סוג של הפרעה המתקדמת בתווך. כמו כל הגלים, הוא נושא עמו אנרגיה ויכול להתקדם דרך תווך (מוצק, נוזל, גז ופלזמה). במקרים מסוימים בהיעדר תווך חומרי, למשל באמצעות השדה האלקטרומגנטי. גלי הלם מאופיינים על ידי שינוי חד, כמעט בלתי רציף, בתכונות של התווך.[1] בחזית גל ההלם יש תמיד עלייה קיצונית בלחץ, בטמפרטורה ובצפיפות של הזורם.
גל הלם נוצר כאשר קיימת הפרעה בתווך שמתקדמת מהר יותר ממהירות הקול בתווך.[2] קיים אזור המושפע מההפרעה ("יודע" עליה) ואזור סמוך שאינו מושפע כלל, כי המידע על ההפרעה מתפשט במהירות הקול. אפשר לתאר גל הלם כשכבת המעבר בין שני התחומים, התחום המושפע מההפרעה והתחום שאינו מושפע.
כאשר גל הלם מתקדם בתווך, האנרגיה הכוללת נשמרת אולם האנרגיה שיכולה להפוך לעבודה פוחתת והאנטרופיה עולה. אפקט זה מוסיף, למשל, כוח גרר למטוס על קולי.
סוגים של גלי הלם
- נורמלי: בזווית 90° (ניצב) להתקדמות הזעזוע בתווך הנתון.
- משופע: בזווית מסוימת לכיוון ההתקדמות
- חרטום: בחזית התקדמות גל ההלם בגופים קהים, כאשר המהירות באותו תווך עולה על 1 מאך.
שמות נוספים
- הלם חזיתי: שם נוסף לגל הלם
- הדף או גל הדף : מקרה פרטי של גל הלם, בו הגלים עוברים כשכבה דחוסה של אוויר (רתע של האוויר) בשל התפשטות מהירה של גז (פיצוץ חומר נפץ).[3]
ערך מורחב – גל הדף
זרימה על קולית
כאשר גוף או הפרעה נעים מהר יותר ממהירות ה"מידע" עליהם בסביבה נוזלית, נוזלים בסביבת ההתקדמות של ההפרעה לא יוכלו "לדעת" על קיומם טרם הגעת ההפרעה. תכונות נוזל (צפיפות, לחץ, טמפרטורה, מהירות, מספר מאך) משתנות מיידית ברגע המגע עם גל הלם.
למרות שגלי הלם אינם הפרעה רגילה בתווך, ניתן לאפיינם כשינויים חדים בתכונות הגז בסדר גודל של מספר מהלכים חופשיים ממוצעים (מיקרו מטרים אחדים בתנאים אטמוספיריים). גל הלם עשוי להשתנות מגל לא לינארי לגל לינארי על פני מרחקים גדולים, ותוך כדי התנועה באוויר הוא מתנוון והופך לגל קול תוך איבוד אנרגיה. זו הסיבה שגלי הלם נשמעים באוויר כצליל פיצוץ מעומעם. לרוב, גל הלם נשמע כמו בום על קולי, שנוצר על ידי טיסה על קולית של מטוס קרב. גל הלם הוא אחת הדרכים בהם גז יכול להידחס בזרימה על קולית, לרבות דחיסה איזנטרופית, ודחיסת פרנט-מאייר.
המחשה
ניתן לתאר גל הלם כנקודה הרחוקה ביותר בתווך אשר "יודעת" על המפגש עם האובייקט. לפיכך, גל ההלם מוגדר כתחום בין האזור ש"יודע" על הגל הקרב לבין האזור שלא יודע, ואנלוגי במידה רבה לקונוס האור בתורת היחסות הפרטית.
על מנת ליצור גל הלם, נדרש גוף כלשהו לנוע מהר יותר ממהירות הקול באותו תווך. במקרה של מטוס המתקרב למהירות הקול, חלקים מהאוויר סביבו נעים באותה מהירות ובכך גלי הקול מצטופפים זה על זה, הלחץ עולה וגל הלם נוצר ומתפגש לצדדים. בשל תופעת ההגברה הזו, גל הלם חזק בעוצמתו ונשמע דומה יותר לפיצוץ וזאת לא במקרה, היות שפיצוצים יוצרים גלי הלם.
ראו גם
קישורים חיצוניים
- מידע ממרכז מחקר ב-NASA על:
- מידע מקולג' סלקריק בנושא טיסה על קולית:
- שונות
- יסודות הדחיסה
- KB תוכנה להמחשת תנודות וזעזועים
הערות שוליים
- ^ Anderson, John D. Jr. (בינואר 2001) [1984], Fundamentals of Aerodynamics (3rd ed.), McGraw-Hill Science/Engineering/Math, ISBN 0-07-237335-0
{{citation}}: (עזרה) - ^ Settles, Gary S. (2006), High-speed Imaging of Shock Wave, Explosions and Gunshots, vol. 94, American Scientist, pp. 22–31
- ^ המחשה מרתקת בהילוך איטי של השפעת גל הלם על בובת אדם - פרויקט ה-MOAB האמריקני