Общие сведения о волнах

Волны в газах

Волна в газе – это цикл процесса распространения колебательного движения в газообразной среде.

Одномерная волна может быть представлена графически в координатах "параметр волны – расстояние" или "параметр волны – время". Наиболее характерным параметром волны в газах является давление. Одномерная синусоидальная волна как цикл изменения давления в координатах "давление–расстояние" для определённого момента времени имеет вид

Рис. 19. Одномерная синусоидальная волна давления

х_r – длина фазы разрежения; x_s – длина фазы сжатия; l – длина волны; Р_ср – среднее давление газа на отрезке, равном длине волны; DР_А – амплитуда волны.

Одномерная синусоидальная волна в координатах "давление–время" для определённой точки пространства имеет вид

Рис. 20. Одномерная синусоидальная волна

t_r – продолжительность фазы разрежения; t_s – продолжительность фазы сжатия; Т – период волны; Р_ср – среднее давление газа на отрезке, равном периоду волны.

Скорость распространения волны давления определяется видом газа, его плотностью, величиной среднего давления и называется скоростью звука в данном газе

где k – показатель адиабаты; r – плотность газа при давлении Р_ср.

Волна синусоидального профиля инициируется в газах гармонически колеблющимся источником динамического воздействия.

Параметры такой волны изменяются непрерывно, в частности, давление газа и его производная перед фронтом равны давлению и его производной за фронтом, т.е.

Взрыв в газе оказывает ударное воздействие на газовую среду. Волна давления, возникающая в результате ударного воздействия продуктов взрыва, называется взрывной ударной волной.

Основное отличие взрывной ударной волны от синусоидальной заключается в том, что на фронте параметры волны изменяются резко, терпят разрыв. Разрыв считается слабым, если параметры газа, такие как температура, плотность, давление, имеют на фронте разные производные:

Разрыв считается сильным, если

Рассмотрим профиль взрывной воздушной ударной волны в координатах "давление – время"

Рис. 21. Воздушная ударная волна

Одним из параметров, характеризующих ударную волну является импульс силы. Импульс – это мера действия силы за некоторый промежуток времени. Различают импульс фазы сжатия

и импульс фазы разрежения

Основными параметрам, характеризующими воздушную волну являются давление на фронте волны, импульс фазы сжатия и интенсивность ударной волны

,

где Р₂ – давление на фронте ударной волны, Р₂ =Р_S; Р₁ – давление перед фронтом ударной волны, Р₁ =Р_O.

При описании взрывов ударную волну как цикл зачастую разделяют на две волны: волну сжатия или прямую волну и волну разрежения, т.е. обратную волну. Кроме этого, зону сжатия принимают бесконечно малой и отождествляют с фронтом волны.

Дата добавления: 2014-01-07