คลื่นกระแทก

ภาพถ่ายคลื่นเสียงของคลื่นกระแทกที่เกิดจากวัตถุความเร็วเหนือเสียงที่มีรูปร่างทรงแหลม

คลื่นกระแทก (อังกฤษ: shock wave) คือรูปแบบการรบกวนที่แพร่ออกไปชนิดหนึ่ง เหมือนกับคลื่นปกติทั่วไปซึ่งมีพลังงานอยู่ในตัวและสามารถแพร่พลังงานนั้นออกไปผ่านตัวกลางหนึ่งๆ (อาจเป็นของแข็ง ของเหลว แก๊ส หรือพลาสมา) หรือบางครั้งก็อาจสูญหายไปในวัสดุที่เป็นตัวกลางโดยผ่านสนาม เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นกระแทกมีคุณลักษณะที่เกิดแบบทันทีทันใด เป็นการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ต่อเนื่องในสารตัวกลาง เมื่อเกิดการกระแทก จะมีกระแสความดัน อุณหภูมิ และความหนาแน่นที่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเสมอ คลื่นกระแทกจะเดินทางผ่านสารตัวกลางส่วนใหญ่ด้วยความเร็วที่สูงกว่าคลื่นโดยทั่วไป

วัตถุที่เป็นแหล่งกำเนิดเสียงอาจเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่าหรือมากกว่าอัตราเร็วเสียงในตัวกลางก็ได้ ในกรณีที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยกว่าอัตราเร็วเสียง เสียงที่ผู้ฟังได้ยินจะเป็นไปตามปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ แต่หากเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าอัตราเร็วเสียง เสียงที่ผู้ฟังได้ยินจะแตกต่างไปจากปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ และไม่สามารถใช้ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นได้ ตัวอย่างของเสียงในกรณีนี้ เช่น เสียงจากเครื่องบินที่มีความเร็วมากกว่าอัตราเร็วเสียงโดยเป็นเสียงที่ดังมาก และเกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ผ่านผู้ฟัง คลื่นเสียงในกรณีนี้คือ คลื่นกระแทก และเสียงจากคลื่นกระแทกซึ่งเป็นเสียงที่ดังมากจะเรียกว่า ซอนิกบูม (sonic boom)

ผู้ฟังที่เคยได้ยินเสียงจากคลื่นกระแทกที่เกิดจากเครื่องบินจะสังเกตได้ว่า เสียงจากคลื่นกระแทกมักเกิดขึ้นหลังจากเครื่องบินเคลื่อนที่ผ่านผู้ฟังไปแล้ว สาเหตุเนื่องจากคลื่นกระแทกเป็นคลื่นรูปกรวย ซึ่งหน้าคลื่นจะเคลื่อนที่มาถึงผู้ฟังเมื่อเครื่องบินเคลื่อนผ่านผู้ฟังไปแล้ว เสียงที่ผู้ฟังได้ยินจะเป็นเสียงดังมากเนื่องจากคลื่นกระแทกมีแอมพลิจูดมากและพลังงานสูง ในบางครั้งพลังงานของคลื่นกระแทกสามารถทำให้หน้าต่างแตกได้ และดังที่ได้กล่าวแล้วในตอนต้นเสียงดังนี้เรียกว่า ซอนิกบูม ซึ่งผู้ฟังอาจได้ยินเสียงซอนิกบูมจากเครื่องบินลำหนึ่งหลายครั้ง เนื่องจากคลื่นกระแทกสามารถเกิดขึ้นบนเครื่องบินได้หลายตำแหน่ง

อ่านเพิ่ม

• Krehl, Peter O. K. (2011), "Shock wave physics and detonation physics — a stimulus for the emergence of numerous new branches in science and engineering", European Physical Journal H, 36 (1): 85–152, Bibcode:2011EPJH...36...85K, doi:10.1140/epjh/e2011-10037-x, S2CID 123074683.

แหล่งข้อมูลอื่น

• NASA Glenn Research Center information on:
  • Oblique Shocks เก็บถาวร 2011-07-18 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
  • Multiple Crossed Shocks เก็บถาวร 2011-08-21 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
  • Expansion Fans เก็บถาวร 2011-07-05 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
• Selkirk college: Aviation intranet: High speed (supersonic) flight
  • Energy loss in a shock wave, normal and oblique shock waves
  • Formation of a normal shock wave
• Fundamentals of compressible flow, 2007
• NASA 2015 Schlieren image shock wave T-38C
• หนังสือฟิสิกส์มหาวิทยาลัย 1 เล่ม 2 เขียนโดย พงษ์ศักดิ์ ชินนาบุญ