Конус Маха

Возникновение конуса Маха. При движении тела в среде на дозвуковых скоростях (v<v_s) звуковые волны обгоняют движущееся тело, на околозвуковых (v~v_s) перед движущимся телом возникает скачок плотности, на сверхзвуковых огибающая системы звуковых волн образует конус Маха (v — скорость потока, v_s — скорость звука).

Радиоисточник G359.23-0.82 (Мышь): Пульсар PSR J1747-2958, движущийся со скоростью ~600 км/с через межзвездный 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, желтый цвет).

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

Поверхность конуса Маха является огибающей системы звуковых волн, порожденных 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:

$\sin \alpha = \frac{c t}{v t} = \frac{c}{v} = \frac{1}{M} \,$

где:

$\! \alpha$: угол Маха

$\! c$: скорость звука

$\! v$: скорость потока

$\! M$: число Маха

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

• Число Маха
• Эффект Вавилова — Черенкова