Звуковой удар

Тело, движущееся в воздухе со сверхзвуковой скоростью, генерирует ударную волну. Такая ударная волна называется головной ударной волной. На достаточно большом удалении от обтекаемого тела интенсивность этой ударной волны мала[3], и она пересекает направление набегающего потока под углом, близким к углу Маха, который рассчитывается по формуле

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

где M = v/c — это число Маха, а c — скорость звука при данной температуре. Поэтому ударная волна приобретает характерную конусообразную форму с вершиной в районе переднего края движущегося тела. Этот конус называется конусом Маха.

Когда эта слабая ударная волна достигает поверхности земли, скачок давления на её фронте действует на барабанные перепонки и воспринимается как резкий и громкий хлопок. Поскольку интенсивность конической ударной волны при её движении в атмосфере ослабевает, давление звукового удара зависит от высоты и скорости полёта объекта. В обычных условиях звуковой удар может вызывать неприятные ощущения, но, как правило, не причиняет вреда здоровью и не вызывает никаких разрушений.

При падении челябинского метеорита в 2013 году давление в ударной волне, образовавшейся при входе тела в атмосферу, было достаточным для того, чтобы в домах были выбиты стёкла и возникли разрушения некоторых построек, так как это произошло в достаточной близости от города. Эти разрушения, по сообщениям некоторых СМИ, были вызваны звуковым ударом[4]. Однако строго говоря, воздействие ударных волн большой интенсивности, способных вызвать разрушения зданий и сооружений, уже не относится к звуковому удару. Ударная волна является одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва.

Чем больше по массе самолёт, чем меньше его высота полёта и чем больше скорость, тем чувствительнее на земле будет его звуковой удар. При проходе Ту-160 на высоте 300-500 метров и скорости около 1500 км/час (в теории, фактически такой режим для Ту-160 невозможен) на земле в строениях будут выбиты стёкла, а люди сбиты с ног и контужены. В ранний период освоения сверхзвуковой военной авиации такие случаи имели место и вызывали жалобы жителей поселений, соседствующих с авиационными базами и полигонами, поэтому на базе Лётно-исследовательского института в период с 1956 и до начала 1970-х годов под руководством И. В. Остославского и А. Д. Миронова был проведён большой комплекс лётных исследований физики этого явления для оценки влияния на окружающую среду звукового удара и шума сверхзвуковых самолётов. Одним из результатов этой деятельности стало принятие в СССР правил, разрешающих полёты со сверхзвуковой скоростью только на высотах не ниже 10000 м[5].

• Гидравлический удар
• Эффект Вавилова — Черенкова