水撃作用
この現象は水だけに限らず気体を含めた流体全般で生じる。身近な例としては、全自動洗濯機や食器洗い機などの動作中に行われる給水弁の自動開閉で発生するコンという音がこの作用によるものである。
流速u の流体が瞬間的にせき止められて静止するとき、流体の圧力上昇Δp は次式で与えられる:
Δ p = ρ a u {\displaystyle \Delta p=\rho au}
ここでρは流体の密度、a は音速である。
慣性を持った流体の運動が急に止められることでその運動前方部分に生じる正の圧力によって生じるのが代表的な水撃作用であるが、運動後方部分に生じる負の圧力によっても似たような作用が生じる。負圧が十分に大きくなることで液体が気化し、配管内が部分的に蒸気で満たされる(キャビテーション、または水柱分離)が、負圧が緩和されることで蒸気が液体へと戻る時に液体を引き戻し、衝撃音を発することがある。
冷たい水が入っている配管内に高温蒸気が入ることで蒸気が水により冷やされ凝縮して圧力が下がり、そこへ向けて水が移動し配管を叩くといった現象もある。蒸気式ラジエーターなどの蒸気管系で発生するウォーターハンマーを特にスチームハンマーとも呼ぶ。
また、慣性による水撃作用とは別に、内燃機関のシリンダーに液体が浸入したときに起こる現象もウォーターハンマーと呼ばれることがある。水没して止まったエンジンをそのまま再始動してはいけないとされるのは、シリンダー内に入り込んだ水がピストンの往復を妨げてコンロッドなどが破壊されるためである。自動車やオートバイの場合、水没以外にも、転倒によるエンジンオイルの流入、燃料噴射装置からの燃料漏れ、キャブレターのオーバーフローなどにより、シリンダー内が液体で満たされてしまうことでもこの"ウォーターハンマー"が発生する場合がある。