Конус Маха

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Возникновение конуса Маха. При движении тела в среде на дозвуковых скоростях (v<vs) звуковые волны обгоняют движущееся тело, на околозвуковых (v~vs) перед движущимся телом возникает скачок плотности, на сверхзвуковых огибающая системы звуковых волн образует конус Маха (v — скорость потока, vs — скорость звука).
Радиоисточник G359.23-0.82 (Мышь): Пульсар PSR J1747-2958, движущийся со скоростью ~600 км/с через межзвёздный газ. Видна возмущенная область за фронтом ударной волны, ограниченная конусом Маха (радиоизображение, синий цвет) и облака плазмы, разогретые вторичной ударной волной на границе магнитосферы (рентгеновское изображение, жёлтый цвет).

Конус Маха — коническая поверхность, ограничивающая в сверхзвуковом потоке газа область, в которой сосредоточены возмущения (звуковые волны), порождённые точечным источником возмущений — телом, обтекаемым потоком или, что эквивалентно, движущимся в среде со сверхзвуковой скоростью; конус Маха разграничивает возмущённую и невозмущённую области среды. Назван в честь Эрнста Маха, который ввёл это понятие в физику.

Поверхность конуса Маха является огибающей системы звуковых волн, порождённых телом при движении в среде: в соответствии с принципом Гюйгенса поверхность конуса образована интерференцией звуковых волн при их суперпозиции и колебания на поверхности находятся в одной фазе — фазе сжатия, образуя ударную волну.

Угол между образующими конуса и его осью называется углом Маха, он связан с числом Маха следующим соотношением:

где:
: угол Маха ( φ на картинке )
: скорость звука
: скорость потока
: число Маха

Конусы Маха в виде головных ударных волн конической формы наблюдаются и в межзвёздной среде при движении через неё со сверхзвуковой скоростью пульсаров — остатков сверхновых, обладающих магнитосферой, в некоторых случаях неравномерность плотности среды и, соответственно, скорости звука в ней вызывают отклонение головных ударных волн от идеальной конической формы[1].

В электродинамике конусу Маха соответствует «конус Черенкова» — коническая огибающая излучения Черенкова, возникающего при движении в среде элементарной частицы со скоростью, превышающей скорость распространения света в среде.

См. также

Примечания

  1. Toropina, O. D.; Romanova, M. M.; Lovelace, R. V. E. (2019-04-01). "Modelling the bow shock Pulsar Wind Nebulae propagating through a non-uniform ISM". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 484 (2): 1475—1486. doi:10.1093/mnras/stz034. eISSN 1365-2966. ISSN 0035-8711. Дата обращения: 23 сентября 2020.{{cite journal}}: Википедия:Обслуживание CS1 (не помеченный открытым DOI) (ссылка)