音の伝搬と衝撃波がよくわかりません

Question

音の伝搬と衝撃波の違いががよくわかりません。
教えてください。
ちなみに衝撃波ってソニックブームのことですか？

kobe-kun · Accepted Answer

「Ｎｏ．４」補足　＞衝撃波のスピードはどうなのでしょうか？

----------------------------------
「　爆発音と爆風　」
http://webclub.kcom.ne.jp/mb/ginga/bomb/so-what.htm
http://webclub.kcom.ne.jp/mb/ginga/bomb/bomb.htm

・　爆薬が爆発すると衝撃波が起こり、これは媒体中を音速より早い速度で伝わる。
・　爆風と呼ばれるものはこの衝撃波のことである。

・　しかし爆源からある程度離れたところでは爆ごう波は音波となって伝播する。
・　これが爆発音である。

・　衝撃波と音波との境界は音圧レベル 174～180db（デシベル）とみなすことができる。 
----------------------------------

と、書かれたページも有りましたが、「音圧レベルにより衝撃波自身の伝播速度が変わる」のか？、
単に、「高速で膨張する爆風の表面に生じる衝撃波の高圧部分の速度のこと」を言っているのか？、
などなど、今回も今ひとつハッキリしませんでした。

「航空工学部」の有る大学などに質問してみれば、適切な解説ももらえるのではないでしょうか。
どこかに良い「質問サイト」などがあれば、便利なのですが。。

gamma · Answer

＞音の伝搬と衝撃波の違いががよくわかりません。

1.　音の伝搬と衝撃波の伝播も、物質中を伝わる圧力波です。
決定的な差は、衝撃波は音速以上で伝播する不連続面（この面を境に、圧力や密度などの物理量が不連続になります）があることです。

2.　なぜそのようになるのか、式を使わず、若干の説明をしてみます。
　　式を使わないと理解できないと思いますので、詳しくは、「流体力学」の教科書を読んで下さい。

　2.1.　片方にピストンが付いたパイプの中に気体があるとします。他の端は、蓋があってもなくても構いません。中の気体は流れが無いものとします。
　2.2　ピストンに圧力をかけて、徐々に押し込むと、ピストンに押された（後ろから圧力が加わった）気体は、密度が上がり（圧力が高くなるので）、更に前方に動きます。このときの、圧力上昇の伝達速度は、「音速」になります。--ピストンが細かく振動している場合は、流れは打ち消し合ってしまうので、単に気体の振動（音）が音速で伝わるだけです。
　2.3.　ピストンの速度を少し速くすると（ピストンを押す圧力をすこし上げると）、後で発生した、高い圧力の流れは、「音速」＋「流れの速さ」で圧力を伝えます（この時の、「流れの速さ」は直前のピストンの働きで作られたものです）。
　2.4.　更に圧力を上げてピストンを速く押し込むと、「音速」＋もっと速い「流れの速さ」で圧力を伝えます。
　2.5.　この結果、あるところで、最初に出た圧力波が後の圧力波に追いつかれて、多くの波が重なりあい、最初は正弦波のような圧力波であったものが、次第に鋸歯状波に近くなり、不連続面（前後で物理量が急に変る面）が出来ます「これが、衝撃波です」。この様子は、浅い水深では波の速度が小さくなるので、後ろからの波に追いつかれて、壁のように高くなる波の様子と似ています。
　2.6.　衝撃波の伝播速度は音速より大きいです。つまり、衝撃波と一緒に動くと、気体が音速よりも速く向かってくるように見えます。
　2.7.　その大きさは、上の例では、気体を押す圧力（大）ともともとの圧力（小）の比の平方根に比例します。
　2.8.　衝撃波によって密度は上がりますが、特別な工夫をしない限り、大したことはありません（理想気体として4倍です）。
　2.9.　しかし、衝撃波によって、温度は上がります。密度上昇が限られている分、温度が上がります。（圧力＝密度×温度）

3.　簡単に衝撃波を作るためには、長いパイプの中央を薄い膜で仕切って、片方に低圧ガス、もう一方には高圧ガスを詰めて、急に膜を破ればいいのです。この時にピストンの役を果すのが、高圧ガスです。（これを、衝撃波管といいます）

4.　これで想像がつくと思いますが、衝撃波には流れの速さが重要な意味を持ちます。圧力波（音波）の伝播速度は、「音速と流速の和」です。したがって、流れに向かう圧力波の間隔は混んでおり、音速以上では、皆重なってしまいます「衝撃波です」。

5.　飛行機の場合は、飛行機にに乗って考えれば、流れに向かっていることと同じです。ただし、平らな板と違って横も考えなければなりませんが、本質は変りません。

6.　爆発の場合も、3の例で高圧気体を火薬で作った場合に相当すると考えても良いでしょう。（実際には、初期の衝撃波で温度上昇が起こり、それによって燃焼が進みながら伝播するので、ややこしくなりますが）

7.　上の議論は、ガスだけでなく、液体や固体でも、物質固有の性質を採り入れれば、ほぼ同様に成り立ちます。

8.　簡単に関係式を求めたいのなら、、衝撃波面でみた質量保存、運動量保存、エネルギー保存（断熱変化）の式を作ってみて下さい。

＞衝撃波ってソニックブームのことですか？
衝撃波は、英語でshockwave「ショックウェーブ」といいます。

kobe-kun · Answer

Ｎｏ．４　補足　＞衝撃波のスピードはどうなのでしょうか？

その後、いろいろ調べて見ましたが、《　衝撃波の伝播スピードは音速と同じ　》と言う感じ？で書かれている、
ウエブのページもある見たいでしたが、良く分りませんでした。

紹介の国語辞書などに、『Ｎｏ．４＞・　通常の音速よりも速く伝播(でんば)する、』などと書かれていたのは、
爆発による、爆轟波（ばくごうは）の「爆発表面の最先端部分」が、衝撃波の高圧部分と共に移動するさまから、
衝撃波は高速で動く、と誤解されただけで、衝撃波自身の伝播速度は＜　音速と同じ　＞なのかも知れませんね。

これは、「超音速で膨張する爆発」などの現象以外に、「超音速で飛ぶ航空機や砲弾の弾」などからも分るよう、
超音速で動く部分が、爆発気体の膨張表面だったり航空機や砲弾の先端部分であって、「衝撃波を作り出す物体」
そのものの事でしかないことに、気が付けば、案外この誤解も晴れるのかも知れません。

とは言うものの、本当は、「衝撃波の伝播スピードは音速と同じ」が正しいのか、「スピードは音速より早い」
が正しいのか、私には未だ確信を持って答えられないのが、残念なところですね。。。

一度、この下↓の辺で、調べて見られたらどうでしょうか。
 
「　【検索】キーワード「音速」を探しました　」　（　２ちゃんねる：工学系：でタイトル検索　）　
http://makimo.to/cgi-bin/search/search.cgi?q=%89%B9%91%AC&andor=AND&sf=2&H=ikenai&view=table&G=%8Aw%96%E2%81E%97%9D%8Cn
http://makimo.to/2ch/search.html

koura · Answer

こんにちわ。

「音」に関する「物理量」には「周波数」以外に
「音量：エネルギー：音圧レベル」と「音圧」の「計３つ」があります。

空気中を「伝播」する「音」の中で
「音圧レベル」が著しく「高いもの」が「衝撃波」
と呼称されます。
基準はありません。


音があると空気の圧力が若干変化します。

気圧計には出ないくらいの変化した分の圧力を音圧と呼称致します。

音の大きさを表わすのに
慣習的に使われる量は「音圧レベル」です。
エネルギー単位＝ｊなどは用いません。

音圧の大きさ単位はｄＢ（デシベル）。

音圧レベルと音圧の間には

ＳＰＬ＝２０＊ｌｏｇＰ１／Ｐ２

ＳＰＬ；音圧レベル（ｄＢ）SPL；Sound Pressure Levelの略
Ｐ1；その音の音圧（Ｐａ（パスカル）；Ｎ/ｍ2） 
Ｐ0；基準音圧（＝２×１０-5Ｎ/ｍ2） 

という関係があります。


つまり、ある音の音圧レベルは
その音の音圧Ｐ1が基準音圧Ｐ0の何倍かという値の対数の
２０倍した値です。
Ｐ0というのは人間が聞くことの出来る最小の「音圧」。

音のエネルギーは音圧の２乗に比例しますので、
ＳＰＬ＝１０ｌｏｇＰ１＊＊２／Ｐ０＊＊２
というようにも表わせます。


ＳＰＬが著しく高い場合「音」は「衝撃波」
になります。

要領の悪いご回答ですみません。

kobe-kun · Answer

＞　音の伝搬と衝撃波の違いががよくわかりません。

「音」も「衝撃波」も、気体の圧縮性による【 圧力の粗密波 】であることは同じですが、
その伝達のスピードが、衝撃波の方が速いところが違うようですね。

Ｇｏｏ辞書「　しょうげき-は 【衝撃波】　」 
http://dictionary.goo.ne.jp/search.php?MT=%BE%D7%B7%E2%C7%C8&jn.x=34&jn.y=12&jn=%B9%F1%B8%EC&kind=&mode=0

・　通常の音速よりも速く伝播(でんば)する、空気中に生じた急速な圧縮波。
・　爆発によって起こる圧縮波や音速以上の速さで飛ぶ飛行体の頭部を頂点とし
・　て円錐形に生ずる弾頭波など。

「　シュリーレン画像(GIFアニメーション)　」
http://exassia.tmit.ac.jp/main/sswt/image/airani2.gif
http://exassia.tmit.ac.jp/main/reserch/cas.html
「　衝撃波 シュリーレン画像　」
http://www.google.co.jp/search?hl=ja&c2coff=1&q=%E8%A1%9D%E6%92%83%E6%B3%A2+%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%83%AC%E3%83%B3%E7%94%BB%E5%83%8F&btnG=Google+%E6%A4%9C%E7%B4%A2&lr=lang_ja

爆発の場合は無理でしょうが、高速で動いたときの「衝撃波」などは、
シュリーレン装置と言うもので、見ることが出来るようですね。

＞　ちなみに衝撃波ってソニックブームのことですか？

Ｇｏｏ辞書「　ソニックブーム  [sonic boom]　」 
http://dictionary.goo.ne.jp/search.php?MT=%A5%BD%A5%CB%A5%C3%A5%AF%A5%D6%A1%BC%A5%E0&kind=jn&mode=0&jn.x=45&jn.y=7

・　ジェット機などのつくった衝撃波が地表に達して起こす爆発音。

「ソニックブーム」とは、衝撃波が引き起こす「音」のことのようです。

また余り知られていない、少し変わったものとしては、船の船首により発生し、
Ｖ字型に後方に広がって行く【 連続的な水面の波 】も、粗密波では有りませんが、
「一種の衝撃波」として理解される現象のようですね。

fuuten_no_neko · Answer

（英sonic boom）超音速飛行の航空機から発生した衝撃波が、地上に達して爆風のような騒音となったもの。

Kokugo Dai Jiten Dictionary. Shinsou-ban (Revised edition) ゥ Shogakukan 1988.国語大辞典（新装版）ゥ小学館 1988.

myeyesonly · Answer

こんにちは。
今年の初回答です。(笑)

本質的に圧力の差が音速で伝わる現象としては音も衝撃波も同じ物です。

ただ、レベルが桁違いになります。
なので普通の音でも、もの凄く増幅する事ができれば、衝撃波となります。
ただ、実際はそこまで信号を増幅する技術がないので、これはまず不可能でしょうけど、ボディソニックと言われる、ロックコンサートなどで使われるような大音量では体で衝撃を感じる事ができますよね。(笑)

実際には、衝撃波は、音速を越える時の他に、爆発による圧力変化などでも発生します。
爆弾が爆発した時に爆発場所から離れた所に被害が及ぶのは、物体の飛散の他に、これが大きな原因になります。

例えると、普段、海岸にうち寄せてる並が普通の音、津波が衝撃波というふうに例えると判りやすいかもしれません。

Kwel_japan · Answer

ソニックブームとは超音速機が超音速飛行をする際に作る衝撃波面が地に達すると圧力が瞬時的に急上昇するために引き起こす現象であり、衝撃波のことです。

高校のときの知識だったのでよく覚えてません。
参考までに・・。

音の伝搬と衝撃波がよくわかりません

「Ｎｏ．４」補足 ＞衝撃波のスピードはどうなのでしょうか？

＞音の伝搬と衝撃波の違いががよくわかりません。

Ｎｏ．４ 補足 ＞衝撃波のスピードはどうなのでしょうか？

この回答への補足

こんにちわ。

この回答への補足

＞ 音の伝搬と衝撃波の違いががよくわかりません。

この回答への補足

（英sonic boom）超音速飛行の航空機から発生した衝撃波が、地上に達して爆風のような騒音となったもの。

こんにちは。

この回答への補足

ソニックブームとは超音速機が超音速飛行をする際に作る衝撃波面が地に達すると圧力が瞬時的に急上昇するために引き起こす現象であり、衝撃波のことです。

似たような質問が見つかりました

関連するカテゴリからQ&Aを探す

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング

「Ｎｏ．４」補足　＞衝撃波のスピードはどうなのでしょうか？

Ｎｏ．４　補足　＞衝撃波のスピードはどうなのでしょうか？

＞　音の伝搬と衝撃波の違いががよくわかりません。