Самый очевидный пример ударной волны в воздухе – гром от молнии. Молния – это электрический пробой воздуха. В месте пробоя образуется область плазмы (ионизированного воздуха) с зоной повышенного давления, которое разбегается во все стороны существенно быстрее скорости звука в виде ударной волны.
Кажется очевидной связь: удар источника порождает ударную волну. От слова «удар». Молния ударила – породила ударную волну, которую мы называем «гром». Менее очевидный пример – ударная волна от сверхзвукового движения. Многим известен хлопок от самолета. Некоторые заявляют «самолет прошел звуковой барьер». Звучит важно и эффектно, но неправда.
Пока звук распространяется от традиционного источника, это происходит во все стороны. При движении источника звука наблюдается эффект Доплера: изменение частоты звука в приемнике, если приемник ловит звук навстречу источнику или вдогон:
– приемник, на который движется источник, воспринимает частоту звука выше исходной;
– приемник, от которого движется источник, воспринимает частоту ниже.
Отслеживая изменение частоты звука, можно определить скорость движения.
Предложение читателю: понаблюдать за звуком, когда скоростной поезд или самолет пролетают мимо нас (как они слышны на приближении, и как при удалении?)
Если же скорость движения источника звука становится выше скорости звука, то в заднюю полусферу звук идет с нормальной скоростью звука для такой среды, а в переднюю полусферу звук не излучается – не успевает за движением источника. Источник просто гонит перед собой область повышенного давления, оставляя сзади область пониженного давления.
В воздухе, конечно, эту область повышенного давления не видно, но она похожа на волну, которую образует нос корабля на воде. Для корабля эта волна выглядит как треугольник в плоскости поверхности воды, а в воздухе это конус вокруг самолета. Пропорции этого конуса зависят от скорости самолета: фронт ударной волны расходится в боковые стороны от самолета со скоростью звука. Если скорость самолета равна скорости звука (1 Мах), угол основания конуса будет 45 градусов. Чем дальше вбок от источника уходит фронт волны, тем меньше перепад давления между передней зоной повышенного давления и задней зоной пониженного. Ударная волна быстро затухает. Аналогию мы видим по носовой волне корабля