موجة الصدمة هي نوع من الموجات ، ميكانيكية أو غير ذلك ، مرتبطة بفكرة الانتقال المفاجئ. يمكن أن تأخذ شكل موجة ضغط مرتفع ، ثم يتم إنشاؤها غالبًا عن طريق انفجار أو صدمة عالية الشدة.
جدول المحتويات
تعريف إشكالي في الاستخدام الشائع
، الصدمة هي انتقال مفاجئ غير تدريجي بدون وسيط. يمكننا تعريف هذه الفكرة بطريقة رياضية وصارمة رسميًا مع فكرة الاستمرارية. بحكم التعريف ، يمكن للمرء دائمًا العثور على نقاط وسيطة بين نقطتين في مساحة متصلة. بالنسبة لعالم الرياضيات ، فإن الصدمة ستكون انتقالًا متقطعًا. يبدو أن وجود الصدمات غير متوافق مع مبدأ لايبنيز: الطبيعة لا تقفز. يبدو أن الملاحظات الحالية تتعارض مع هذا المبدأ. أن الانتقال المكاني عند السطح البيني بين السائل وبخاره مفاجئ تمامًا. إما أن يكون هناك سائل أو يوجد بخار ، وننتقل فجأة من واحد إلى آخر. الحقيقة ليست بهذه البساطة.
يمكننا نمذجة واجهة البخار السائل عن طريق انتقال مستمر حيث يتغير تركيز الجزيئات (أو احتمال وجودها) باستمرار من قيمته في السائل إلى تلك الموجودة في البخار. بشكل عام ، بالنسبة لأي نموذج غير مستمر ، يمكننا أن نجد نموذجًا مستمرًا مشابهًا جدًا له (مشابه لما نريد). وبالتالي ، فإن التمييز بين الاستمرارية والانقطاع ليس له معنى كبير من وجهة نظر الفيزياء التجريبية. يمكنك اختيار النماذج التي تريدها. يعتمد الأمر فقط على ما تريد فعله به. ولكن من وجهة نظر رياضية ، فإن مبدأ لايبنيز صحيح تمامًا: كل ما هو موجود يمكن وصفه بالوظائف.
إقرأ أيضا:فرانس كافكاالموجة بالمعنى المادي هي مجال. يعد السطح المتقطع للبحيرة (بدون دفقة أو اندفاع) مثالًا بديهيًا إلى حد ما. يمكن أن يختلف مستوى المياه في الفضاء (سطح البحيرة) وفي الوقت المناسب. يتم وصف حركة السطح رياضيًا بالدالة h من ثلاثة متغيرات x و y و t. h (x ، y ، t) هو ارتفاع الماء عند النقطة (x ، y) في الوقت t. موجة الصدمة هي مجال يوجد فيه انتقال مكاني متقطع متحرك. في حالة سطح البحيرة ، ستكون موجة الصدمة عبارة عن جدار متحرك من الماء (نوع من موجة المد والجزر).
أبسط المعادلات التفاضلية
نظرية بسيطة لتكوين موجة الصدمة أدى اكتشاف رياضي قام به سيميون دينيس بواسون على واحدة من أبسط المعادلات التفاضلية الجزئية إلى تطوير نظرية رياضية لموجات الصدمة. المعادلات التفاضلية الجزئية هي المعادلات الرئيسية لدراسة ديناميات الأمواج ، أي قوانين حركة الأمواج. في الحالة التي درسها بواسون ، يمكننا وصف الحركة بطريقة بديهية: يبدو أن كل نقطة من الموجة تتحرك بسرعة مميزة: إذا تابعنا الموجة بهذه السرعة بدءًا من هذه النقطة ، فإن حالة الموجة ( ارتفاع الماء …) لا يتغير. يتم تعميم فكرة السرعة المميزة على الحالات الأكثر تعقيدًا (مسافات ثنائية وثلاثية الأبعاد) والتي لم يعد التفسير أعلاه صالحًا لها.
إقرأ أيضا:تغييرات في الوعيفي حالة الصوت ، السرعة المميزة هي سرعة الصوت (الصوت عبارة عن موجة ضغط في الغازات والسوائل والمواد الصلبة.) بشكل عام ، السرعة المميزة هي سرعة انتشار الاضطرابات الصغيرة. في الحالة التي درسها بواسون ، يمكننا ببساطة توقع تطور شكل الموجة. ضع في اعتبارك موجة تتحرك في اتجاه واحد وافترض أن السرعة المميزة تختلف باختلاف ارتفاع الموجة. إذا كانت السرعة في الأعلى أكبر من الأسفل ، فإن القمة تلحق بالقاعدة ، والوجه الأمامي للموجة يصبح أكثر انحدارًا وانحدارًا. إذا كانت السرعة في الأعلى على العكس من ذلك أبطأ مما كانت عليه في الأسفل ، فإن الجانب الخلفي من الموجة يصبح أكثر وأكثر حدة.
في كلتا الحالتين ، يصبح جانب واحد من الموجة عموديًا بعد وقت محدد. كل شيء يحدث كما لو أن كل أجزاء الموجة كانت مركزة في نفس النقطة. هناك نوع من الانفجار الداخلي للموجة على نفسها. يمكننا أيضًا التفكير في الضغط. هذا هو السبب في أن موجات الصدمة هذه تسمى الانضغاطية. ويقال أن مثل هذه الصدمات ضاغطة. السرعة المميزة وراء الصدمة أكبر من سرعة الصدمة ، والتي هي نفسها أكبر من السرعة المميزة قبل الصدمة. هاتان التفاوتان هما شروط بيتر لاكس.
موجات الصدمات الصوتية
يتم فحصهم دائمًا بحثًا عن موجات الصدمات الصوتية. لفترة طويلة كان يعتقد أنه تم التحقق منها دائمًا ، لعدة أسباب. لم نكن نعرف عن مثال مضاد. إنها نتيجة للطبيعة الانضغاطية لتشكيل موجة الصدمة سبب بديهي: إذا كانت السرعة المميزة في مؤخرة الصدمة أصغر من سرعة الصدمة ، يمكن أن تنفصل الاضطرابات الصغيرة وتبقى في الخلف ، وبالتالي تفقد الصدمة كل طاقتها. وينطبق الشيء نفسه إذا كانت السرعة المميزة التي تسبق التأثير أكبر من سرعة التأثير. نعرّف الصدمة الانضغاطية بأنها موجة صدمة تخضع لظروف Lax. توجد موجات صدمة يمكن دراستها تجريبياً ولا تخضع لظروف لاكس.
إقرأ أيضا:المشاكل التي تتحدى علماء الرياضياتيطلق عليهم الصدمات الانضغاطية الفرعية. المفهوم المعتاد لموجة الصدمة يمكن تفسير أي حركة مفروضة بأي شكل من الأشكال على غاز من خلال النظر في تعاقب الاضطرابات الصغيرة التي تنتشر بسرعة الصوت. إذا كانت شدتها كافية ، فإنها تبهر آذاننا. في ظل ظروف معينة ، قد يتم حصرهم في منطقة لا يُسمع فيها أي صوت. هذه الظاهرة ، التي تسمى موجة الصدمة ، يتم مواجهتها في العديد من مشاكل ديناميكيات الغاز ، خاصة في الديناميكا الهوائية الأسرع من الصوت. كما لوحظت ظواهر مماثلة في فروع مختلفة جدًا من الفيزياء. يصدر الهاتف المحمول موجات صدمة عندما تصبح سرعته أكبر من سرعة الصوت.
يجوز القول بأن الصدمة تحدث عندما يصادف الجوال جزيئات غازية لم يتم التحذير من وصولها [الأسلوب المراد مراجعته]. تاريخي في عام 1808 ، وجد بواسون حلاً بعدم استمرارية معادلات أويلر التي استوفت الحفاظ على الكتلة والزخم. لم يستطع برنارد ريمان ، في أطروحته عام 1860 ، أن يقول ما إذا كان حلًا واقعيًا أم فضولًا رياضيًا بسيطًا. لقد كان إرنست ماخ هو الذي حل المشكلة بأناقة من خلال نشر صورة لموجة صدمة أنتجتها رصاصة بندقية في عام 1876 ومن خلال افتراض أن المعلمة ذات الصلة هي نسبة سرعة الهاتف إلى سرعة الصوت (رقم ماخ) .
الحفاظ على الكتلة والزخم والطاقة
أسس ويليام جون ماكوورن رانكين (1870) وبيير هنري هوغونوت (1887) بشكل مستقل معادلات موجات الصدمة الصحيحة بناءً على الحفاظ على الكتلة والزخم والطاقة. لم يعطوا أي إشارة إلى اتجاه الصدمة وتم حل المشكلة بواسطة Ludwig Prandtl في عام 1908. يرتبط وجود موجة الصدمة بزيادة في الانتروبيا أثناء الانضغاط والتي تتحول من دون سرعة الصوت إلى أسرع من الصوت. المحولات
يحدث الاتجاه العكسي من سرعة الصوت إلى سرعة الصوت من خلال ظاهرة متجانسة تسمى مروحة التمدد. وصف مخروط ماخ الموضح في رقم Mach هو صورة مبسطة ولكنها ذات صلة لموجة صدمة فعلية. طالما يتحرك الهاتف المحمول الصغير للغاية بسرعة أبطأ من سرعة الصوت ، فإن الاضطرابات التي يخلقها تبتعد عنه في جميع الاتجاهات. عندما تتجاوز سرعة 1 ماخ ، يتم تخزينها في مخروط يكون الجزء العلوي منه الهاتف المحمول. وهكذا يتم إدخال انقطاع ، يمكن اعتباره موجة صدمة ، بين الجزء الداخلي للمخروط المضطرب والخارج. إنها مع ذلك موجة صدمات متناهية الصغر: يتصرف كل من الخارج والداخل بشكل مختلف قليلاً.
تظهر موجة صدم حقيقية مع حركة ذات أبعاد محدودة. يمكننا اعتبار أن مخروط Mach المرتبط سابقًا بنقطة ينقسم إلى خطوط Mach. في حالة وجود هاتف محمول بحجم كبير ، كل نقطة لها نظامها الخاص من خطوط Mach. تتحد هذه الأنظمة المختلفة لإعطاء الموجات أو موجات الصدمة التي ، بتركيب تأثيرات النقاط المختلفة على الجسم ، أصبحت الآن ذات شدة محدودة. للحصول على إرشادات حول هذه الظواهر الأكثر تعقيدًا والتي تحدث بالقرب من جناح الطائرة ، انظر Supersonic و Transonic. لذلك فإن موجة الصدمة هي موقع التغيرات المفاجئة في مكون سرعة الصدمة العادية والضغط ودرجة الحرارة.
موجة الصدمة:الطفرة “الصوتية”
من ناحية أخرى ، فإن موجة الصدمة هي كائن مادي من الواضح أنه لا يمكن أن يكون له سمك صفري. في هذا واحد تحدث ظواهر وحشية بشكل خاص في أصل الطفرة “الصوتية” التي لوحظت في أي سرعة تفوق سرعة الصوت. ومع ذلك ، فإن هذه السماكة صغيرة بما يكفي لإهمالها في التطبيقات الخرسانية ، مما يجعل من الممكن استيعاب موجة الصدمة على سطح رياضي. استخدامات موجات الصدمة تستخدم موجات الصدمة في الثمانينيات حصريًا لمشاكل الهضم ، وتستخدم حاليًا في العديد من العلاجات الطبية ، ولا سيما علاجات العلاج الطبيعي ، ولا سيما لتخفيف الآلام الجسدية لدى الرياضيين وعلاج اعتلال الأوتار.
نوع آخر من موجة الصدمة للغازات مقالة ذات صلة: Concorde_ (الطائرة) # Air_inputs. تم تطوير الاعتبارات السابقة إلى حد كبير للأشياء التي تتحرك في الهواء الطلق (الطائرات ، والآلات ، ورصاص البنادق ، وما إلى ذلك). كما أنها تنطبق مع بعض التعديلات على ظواهر غازية أخرى (صدمة أحادية البعد في هواء أنبوب مدفوع بواسطة مكبس ، انفجار ، إلخ). هذا القسم فارغ أو غير مفصل أو غير مكتمل. مساعدتكم مرحب بها! كيف أفعل ؟ للسوائل ينتج القارب أيضًا تنبيهًا يحيط بأي اضطرابات أحدثها سابقًا. تختلف الظاهرة عن سابقتها في أن زاوية المخروط التي تحدد المنطقة المضطربة هي 39 درجة ، بغض النظر عن سرعة القارب [مصدر غير كاف] 1. في الفيزياء الذرية المقال الرئيسي: تأثير فافيلوف-شيرينكوف. تأثير Cherenkov ، على غرار موجة الصدمة ، يتعلق بموجات الضوء.
عندما يتحرك جسيم مشحون قابل للاستيعاب في نقطة ما بشكل أسرع من الضوء في الوسط الشفاف المدروس ، مثل الماء ، يحدث وميض من الضوء. نحدد هنا في الوسط الشفاف المدروس لأن سرعة هذا الجسيم في الفراغ أقل من سرعة الضوء 2. يمكن ملاحظة تأثير Cherenkov في أحواض محطات الطاقة النووية ، وهو مشابه لمخروط Mach. في الفيزياء الفلكية ظاهرة موجة الصدمة عالمية بطبيعتها. على سبيل المثال ، كوكبنا نفسه محاط بموجة صدمية عند واجهة الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي الأرضي.
موجة الصدمة:البيئات الفيزيائية الفلكية
بشكل عام ، الصدمات موجودة جدًا في البيئات الفيزيائية الفلكية. وبالتالي ، فإن العلاقة بين الرياح الشمسية والوسط النجمي المحلي تتميز بصدمة الغلاف الشمسي التي ربما مر بها مسبار Voyager I بالفعل. من انفجارات السوبرنوفا إلى انفجارات أشعة جاما ، يمكن لمجموعة كاملة من الأجسام أن تستمد بعض الانبعاثات التي تنتجها من تبديد الطاقة الحركية بواسطة موجات الصدمة. إن موجة الصدمة حول كوكب ما هي “موجة الصدمة” المخروطية الناتجة عن انحراف الرياح الشمسية التي تصل إلى الكوكب ، عندما ينحرف المجال المغناطيسي للكواكب عن هذه الرياح الشمسية.
المنطقة “المصب” لموجة الصدمة محمية من الرياح الشمسية ، مما يسمح ، على سبيل المثال ، للبلازما بالبقاء في بيئة الكوكب ، بدلاً من “تهب” الرياح الشمسيةمرض باركنسون ، الذي وصفه جيمس باركنسون في عام 1817 ، هو مرض عصبي تنكسي مزمن (فقدان تدريجي للخلايا العصبية) يؤثر على الجهاز العصبي المركزي المسؤول عن الاضطرابات التقدمية: تباطؤ الحركات ، والرعشة ، والصلابة ، ثم الاضطرابات المعرفية. إنه ثاني أكثر اضطرابات التنكس العصبي شيوعًا. أسبابه غير مفهومة بشكل جيد. الصورة السريرية هي نتيجة لفقدان الخلايا العصبية في الموضع الأسود (أو “المادة السوداء”)
وهجوم من الحزم السوداء المخططة (في). يبدأ المرض عادة بين سن 45 و 70. إنه ثاني أكثر أمراض التنكس العصبي شيوعًا بعد مرض الزهايمر. يتميز مرض باركنسون عن متلازمات باركنسون التي لها أصول مختلفة بشكل عام ، وهي أكثر حدة وتستجيب بشكل سيئ للعلاج.
