Path: coconuts.jaist!wnoc-tyo-news!nupm!stork!funaki From: funaki@kuriki.isaslan1.isas.ac.jp (FUNAKI Ikkoh) Newsgroups: fj.sci.physics Subject: Re: [Q] Sonic speed's wall Date: 05 Aug 1995 09:19:48 GMT Organization: Inst. of Space and Astronautical Science, Sagamihara, Japan Lines: 90 Message-ID: References: <3vi67j$2vl@hpujjpo.jpn.hp.com> <3vibh1$96p@hpujjpo.jpn.hp.com> <3vklsb$b2p@etlinn.etl.go.jp> NNTP-Posting-Host: sunta.aero.cst.nihon-u.ac.jp In-reply-to: oshikawa@mmm.t.u-tokyo.ac.jp's message of 01 Aug 1995 18:30:53 JST 船木@宇宙科学研究所です。 In article oshikawa@mmm.t.u-tokyo.ac.jp (Masaki OSHIKAWA) writes: > では、音速を越えてしまった物体に発生する衝撃波はどう説明すれば > いいのでしょう。(何か簡単な説明方法がないかと、いつも悩んでいます) > >ええっと、衝撃波って音速を超えるときに どかーん と発生するんじゃ >なかったでしたっけ。 >上でいう衝撃波はどういう状況で生じるものを指しておられるのでしょうか? 牧野@東大駒場さんや藤田@東大航空さんらが既に詳しく解説されてますが、 一次元管の中を動くピストンにより衝撃波が形成される過程を考えると、もっ と直感的にイメージがつかめるかもしれません。 下図のように、管の中のピストンが静止した状態からゆっくり加速し、超音速 の一定速度に達するまでの過程を考えてみましょう。 ___________________ | | ====|-> |--> | |  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ピストン ↑音波 ピストンがゆっくり動き出すと、ピストンのつくる擾乱は音波となってピスト ンの前方に伝わります。ピストンと音波に挟まれた領域は擾乱によってわずか に圧縮され、密度・温度が僅かながら上昇します。次の瞬間にピストンが発す る擾乱は、ピストン前方のわずかに上昇した温度に対応して、先行する音波よ り僅かに大きい速度で前を行く音波を追いかけ、やがてこれに追いつき合体し ます。 #音波の速度(音速)は温度の平方根に比例して大きくなります。ここでは、 音速は温度のみで決まると考えてください。 ___________________ | | | ====|--> | |--> | | |  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ピストン ↑ ↑音波 ___________________ | | | ====|---> | |---> | | |  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ピストン ↑ ↑合体した音波              ↑ 後続の音波 一見すると、先行する音波にたどり着いた音波が前の音波を追い越してしまい そうですが、音波が音波に追いついた時点で波面直後の温度は当然同じであり、 その後両方の波は一緒になって音速で伝わることになります。 このようにピストンで押されてできた音波は次々と先頭を走る音波に重なって いくため、その前後での密度や温度の差がだんだん大きくなっていきます。も しピストンの加速をこの状態でやめて一定速度へ移れば、この音波の先頭波面 はピストンのずっと先を進むうえに少しづつ離れていくため、密度や温度など は音波先頭波面とピストン表面の間の広い領域で緩やかに分布することになり ます。 逆にピストンが更に加速を続けるとします。ピストンが加速するにつれピスト ンが発する音波が全て先頭を行く音波へ追いつき、ピストン自体までもがそれ に追いつこうするわけですから、先頭波面では擾乱が蓄積して密度や温度の跳 びを持つようになります。この時点でピストンの加速を止めればピストンとと もに進む衝撃波ができ上がります。衝撃波前後の物理量の跳びは流体の非線形 性のため非常にシャープなものになります。           :           : ______________________ | | ====|----> |---->Vs | |  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ピストン 衝撃波(音波の集まり)            (超音速で移動)      | _____ 温度の分布 T | T2 | | |_____ | T1 | ______________ x -- 宇宙科学研究所 電気推進工学研究室 研究生 船木一幸 E-Mail:funaki@kuriki.isaslan1.isas.ac.jp