質問: 音速前後の空気圧迫について 流体力学に関しては素人なのでおかしな文かもしれませんが、ご理解ください。 物体が音速に達すると衝撃波と共に大きな音がしますよね? ちなみに、ここで聞きたいのは音速の時ではなく、その前後の速度です。 例えばですが、音速が340m/sであったときに、物体が300m/sであったならば、 衝撃波は出ないと思います。しかし、音速に近いので、空気の圧迫は当然大きくなるわけで、 音速でなくとも音(風を切る音?)が大きくなると思うのですが、 その時の空気の圧迫による音の大きさはどのように変わるのでしょうか? 音や圧力に関しての公式ってあるのでしょうか? あったなら教えていただけると幸いです。
回答: 衝撃波は一般にはちょっと誤解されているところがあります。それは物体が音速を超えるときに衝撃波が出るという誤解です。正しくは物体が音速を超えると衝撃波を引き摺って進み続けるということです。これを地上にいる人が観測すると、その衝撃波が通過するときにバーンと大きな音が聞こえるのです。船が舳先から後方へ筋のような並みを両舷から引き摺って走ります。これが衝撃波なのです。衝撃波が止まっている船を通過するときには大きく揺れますよね。これがバーンという音に匹敵するわけです。 但し物体が音速に達すると前方の気体が強く圧縮され、理想気体だとその圧力は無限大になってしまいますが、これは方程式がこのような臨界状態では成立しなくなり、確かに音速を超えるときには物体に大きな力がかかりますが、無限大というわけではないのです。 圧力に関係する法則はボイルシャールの法則というのががあり pv/t=一定 という式で表わされます。ただし超音速の波の場合には熱の伝達が間に合わないので熱力学によって上式から pv^γ=一定という式が適用されます。 ポアソンの法則と呼ばれています。