การสั่นและคลื่นเสียง

การสั่นและคลื่นเสียง

SHOCK WAVES หรือ ชอร์กเวฟ

          ชอร์กเวฟเกิดขึ้นจากแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ได้เท่ากับความเร็วของคลื่นหรือเร็วกว่า จะเกิดปรากฎการณ์ที่ว่าสันคลื่นไม่สามารถที่จะเคลื่อนที่ออกไปจากแหล่งกำเนิดเสียง โดยถ้าแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ได้เท่ากับความเร็วของคลื่น สันคลื่นจะเกิดการซ้อนกัน เสริมกันกลายเป็นแอมพลิจูดขนาดใหญ่เรียกว่า ชอร์กเวฟ และเมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่น สันคลื่นจะฟอร์มตัวเป็นรูปกรวย โดยมีมุม = sin^-1(v/u) อัตราส่วน u/v เรียกว่า เลขมัค (Mach number) ชอร์กเวฟเกิดขึ้นได้บ่อยมากในสถานการณ์ต่างๆกัน ดังเช่น โซนิกบูม คือ ชอร์กเวฟประเภทหนึ่งของเครื่องบินที่วิ่งเร็วเหนือเสียง คลื่นที่เกิดหลังเรือเร็วก็เป็นชอร์กเวฟอีกประเภทหนึ่ง นอกอวกาศก็สามารถจะเกิดชอร์กเวฟได้ อย่างเช่น ลมสุริยะที่วิ่งด้วยความเร็วสูงเข้าชนสนามแม่เหล็กโลก เป็นต้น

a) เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วของคลื่น สันคลื่นจะรวมกันอยู่ที่ยอดก่อให้เกิดชอร์กเวฟขึ้น b) ชอร์กเวฟเกิดขึ้นได้อีกกรณีหนึ่งเมื่อความเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง u มากกว่าความเร็วของคลื่น v ในช่วงระยะเวลา หน้าคลื่นจะเคลื่อนที่ได้เป็นระยะ แต่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ได้ระยะทางมากกว่า คือ ชอร์กเวฟจะฟอร์มตัวเป็นรูปกรวย โดยมีมุม = sin^-1(v/u)

ลักษณะของชอร์กเวฟ

a) ชอร์กเวฟ(เส้นสีแดง) เกิดขึ้นรอบปีก ภายในอุโมงค์ลม ชอร์กเวฟของเครื่องบินเร็วเหนือเสียง เรียกว่า โซนิกบูม มีอำนาจการทำลาย เพราะเสียงดังมาก สิ่งก่อสร้างที่อยู่ใกล้ๆอาจพังทลายได้ b) ลูกกระสุนพุ่งผ่านควันของเทียน จะเห็นรูปร่างของชอร์กเวฟ รูป c) ชอร์กเวฟที่เกิดขึ้นกับเรือเร็ว

ตัวอย่าง ลูกกระสุนวิ่งด้วยความเร็วที่มากกว่าเสียง เกิดชอร์กเวฟขึ้น จากรูปภาพ ลองประมาณความเร็วของลูกปืนว่าเป็นเท่าไร

ตอบ u/v = 1/sin45^o = 1.4

ตัวอย่าง เครื่องบินซุปเปอร์โซนิก ขับด้วยความเร็วเหนือกว่าเสียง 2.2 เท่า ถ้าคุณได้ยินเสียงโซนิกบูมภายในเวลา 19 วินาทีต่อมา จงหาระดับความสูงของเครื่องบิน สมมติว่า ความเร็วเสียงประมาณเท่ากับ 340 m/s