震波

地震时所发生的现象

地震时所发生的现象。震波属于紊流的一种传播形式。如同其他通常形式下的波动，震波也可以通过介质传输能量。在某些不存在物理介质的特殊情况下，震波可以通过场，如电磁场来传输能量。

简义

冲击波，震波

英译

shock wave

详义

震波的主要特点表现为介质特性（如压力、温度、或速度）在震波前后发生了一个像正的阶梯函数般的突然变化。与此相应的负的阶跃则为膨胀波。声学震波其速度一般高于通常波速（在空气中即音速）。

不像孤波（另一种形式的非线性波），震波随距离的增加耗散很快。而且，膨胀波总是伴随着震波，并最终与震波合并。这部分抵消了震波的影响。声爆，一种超音速飞机通过时产生的声学现象，即是由震波－－膨胀波对的耗散和湮灭所产生的。

成因

超音速流动中的震波

震波是气体超音速流动时产生的压缩现象之一。其他两种形式是等熵流动和普朗特－－麦耶流动。对于给定的压强比，不同的压缩方式将产生不同的温度和密度，其结果对于不发生化学反应的气体是可以解析计算的。震波会导致总压的损失。这意味着在某些情形下（例如超音速冲压喷射装置的进气口），震波是无效率的。超音速飞机的压阻就主要是由于震波导致的。

当物体（或扰动）的运动比其周围的流体传播扰动信息的速度还要快时，靠近扰动的流体在扰动到来之前就不能及时作出反应或者“让路”。在震波中，流体的各种性质（密度、温度、压力、速度、马赫数）总是瞬时变化的。震波的厚度在数量级上同该气体的分子自由程相当。当气体运动速度大于其声速时，震波就形成了。在流动的某些区域，气体的扰动不能再向上游传播，压力快速积聚起来，高压震波就迅速形成了。

震波不同于通常的声波。在大约为几个分子自由程的厚度（大气中大概为几微米）内，在震波前后气体的性质会发生剧烈变化。在空气中，震波发出很大的爆裂声或者噼啪的噪音。随着距离增加，震波逐渐从非线性波变为线性波，退化成通常的声波。这是由于震波中的空气逐渐丧失能量所致。这种声波跟通常的雷声，即“音爆”听起来很像，一般是由超音速飞机制造的。

非线性峭化产生的震波

震波也可由普通波锐化而形成。最著名的例子就是深海微波逼近陆地时形成的海啸了。在浅水区，表面波的速度依赖于水深。对于迎面而来的海浪，由于浪高和水深相比要小的多，所以波峰速度要略大于波谷的速度。就这样波峰赶上了波谷，直至形成一面巨大的水墙，然后轰然倒塌，形成海啸，以声音和热的的方式将其中的能量释放出来。

同样的现象出现在气体和电浆中的强声波，这是由于音速依赖于温度和压力。这种现象在地球大气层很难见到，但存在于太阳的色球和日冕中。

模拟

震波也可以描述为能够“感知”下游物体运动的上游最远点。在这种描述中，震波的位置定义为扰动可感区和扰动盲区的边界。这可以和广义相对论中的光锥相类比。

要得到震波，必须得有快于声速的运动。由于放大效应，震波是非常强烈的，特别像你所听说过的爆炸（这不意外，应该爆炸产生震波）。

类比现象已超出流体力学的范畴。例如，当介质中的物体运动速度大于该介质中光速时（此时其速度仍小于真空中光速），折射就会产生可见的震波现象，即切伦科夫辐射。

类型

震波有如下几种类型：

4.1 在定常流中传播的震波

这种震波通常产生于具有压差的气体界面。此时，震波传入低压气体，膨胀波传入高压气体。

例子：气球爆炸，震波管，爆炸震波等。

在这种情况下，震波前气体一般是静止的，而震波后的气体则以超音速运动。震波通常属于来流。震波的速度取决于两种气体的压力比。

4.2 管道流动中的震波