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衝撃波とソニックブームについて質問させていただきます。
教えて!goo内を見てみましても、統一された見識を得られなかったので、
詳しい方がいらっしゃいましたらご教授下さい。

疑問は2つあり、
・ソニックブームと衝撃波は同義であるか?
・衝撃波は物体が音速を超えた“瞬間”に発生するものなのか?

ということです。私の頼りない知識では、衝撃波が減衰して音波となったものを
ソニックブームと呼び、衝撃波は物体が音速を超えている間は絶え間なく発生し
続けるもの、と理解しておりました。
ところが個人のHPやwikipedia、教えて!gooなどを拝見したところ、
その解説はまちまちで、「ソニックブーム(衝撃波)」という記述や
「衝撃波は戦闘機が音速を超えた瞬間に発生する」などという説明もあり、
混乱しております。

また、もしソニックブームは「音」であり衝撃波ではないということでしたら、
ソニックブームと衝撃波の線引きはどこでなされるのでしょうか?

※すみません。先程カテゴリーを誤って投稿してしまいました。
投稿後すぐに削除してこちらに投稿させていただきましたが、
もしご回答をくださっている途中の方がいらっしゃいましたら、お詫び申し上げます。

A 回答 (1件)

衝撃波は質問文にあるように音速を超えた物体が空気中を移動するときに発生する空気圧力変動を言います。


その衝撃波が減衰しながら地上に到達した現象をソニックブームと呼びます。


ちなみに衝撃波というのは空気中を移動する物体が発生する現象だけをいうものではありません。
光においても同様な現象が起きますし、金属内部でも発生します。
空気中における衝撃波は空気中の伝搬速度の最高速度(音速)を超えるときに起きる現象ですです。
金属の伝搬速度を超えるときも同様の現象が発生します。

この回答への補足

お礼についての訂正です
>マッハ1以上では衝撃波が起きないという解説
→マッハ1より大きな速度では衝撃波が起きないという解説

補足日時:2010/08/08 19:17
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど。やはり衝撃波は(媒体が空気の場合)音速を超えた物体が移動中に発生するものなのですね。下記のサイトではマッハ1以上では衝撃波が起きないという解説をなさっていたので、妙に納得してしまっていたのですが、飛行機の前方に超音速では逃げ切れない空気がありますから、やはり衝撃波は発生してしまいますよね。
http://www.tech-jp.com/TechPlaza/SonicBoom.html

お礼日時:2010/08/08 19:16

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Q衝撃波について

超音速で運動する物体が生じる衝撃波についてなのですが、以下の各点について詳しく知りたいと思います。
物理に詳しい方にお答えいただけると幸いです。

1. 無音で運動する物体は衝撃波を生じるのでしょうか?それとも物体自体が「音源」でないと衝撃波は生じないのでしょうか。(もちろん物体自体は超音速で運動しているという前提で)

2. 物体が音速を超える瞬間に、物体の中にいる人はなんらかの衝撃を感じるのでしょうか?

3. そもそも衝撃波とは何の波なんでしょうか。通常の音波と同じように空気の密・粗の波でしょうか?

4. 爆弾等が爆発したときに、周囲の空気の膨張する速度が音速を超えていたとすると、その「音速を超えた空気という物体」からは衝撃波が生じるのでしょうか?
また、仮に衝撃波が生じるとすると、それはいわゆる「爆風」と同じものなのでしょうか?

原理をちゃんと勉強すればいいのでしょうが、数式が苦手でどうしても…なので質問させていただきました。
いずれか1点についてのご回答でも大歓迎です。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>物理に詳しい方にお答えいただけると幸いです。

衝撃波については、機械工学科や航空学科、
航空宇宙学科の授業にある、流体力学という
分野で詳しく学びます。

>1. 無音で運動する物体は衝撃波を生じるのでしょうか?

 生じます。音速(秒速約340m/秒)を超える
速度で飛行する航空機の周囲には衝撃波が生じて
います。

 空気や水などのように流れる物体を、流体といいます。
流体の性質は、その流れる速度、圧力、粘性(粘っこさ
というイメージです)などで決まりますが、
音速(マッハ1)を超えると、これら物理的性質が
大きく変化します。

 音速を超える速度で飛行する物体の周囲には
音速を超える空気の流れが生じます。この流れと
音速以下の空気の流れの間に★薄い空気の層が
でき、ここで圧力等の流体の物理的性質が
不連続(緩やかではなく、どっと変わるということです)
に変化します。

>3. そもそも衝撃波とは何の波なんでしょうか。通常の音波と同じように空気の密・粗の波でしょうか?

 ★この薄い空気の層を衝撃波というのです。
つまりこの層を境に、圧力が変化するので、
音速以下の空気の流れから、この衝撃波に
突っ込むと、大きな圧力の変化、つまり衝撃を
感じるわけです。

>2. 物体が音速を超える瞬間に、物体の中にいる人はなんらかの衝撃を感じるのでしょうか?

 瞬間的に大きな圧力の変化感じます。
昔、車にジェットエンジンをつけて
地上で音速を超えた速度を出した
人がいたのですが、その人の体験談
によると、音速を超えた瞬間に、大きな
爆発音が聞こえたそうです。
 圧力が瞬間的に大きくなるので、鼓膜が
大きく振動し、それが爆発音として聞こえた
ものと思います。

>4. 爆弾等が爆発したときに、周囲の空気の膨張する速度が音速を超えていたとすると、その「音速を超えた空気という物体」からは衝撃波が生じるのでしょうか?

 上の説明のとおり、音速を超えた速度を持つ
空気の流れと、音速以下の空気の流れに
生じる層が衝撃波ですから、そのとおり
衝撃波が生じます。

>また、仮に衝撃波が生じるとすると、それはいわゆる「爆風」と同じものなのでしょうか?

 爆風が音速を超えていないと衝撃波は生じません。
音速を超えた空気の流れを生じさせるには、
1気圧以上の圧力差が必要です。空気がすでに
1気圧あるわけですから、ここでさらに1気圧の圧力差
を生み出すのはかなり大変です。

 昭和の初期に、音速の空気の流れを発生させる
実験装置が作られ、この現物が今でも神奈川県
相模原市にある宇宙科学研究所に保存されて
いるのですが、その原理は2つの部屋を
小さな扉で仕切り、片方の部屋の空気を抜いて
真空にしておき、真ん中にあるこの小さな扉
を急に開くというもので、大気圧と真空という差で
1気圧の圧力差を作っていました。
 

>物理に詳しい方にお答えいただけると幸いです。

衝撃波については、機械工学科や航空学科、
航空宇宙学科の授業にある、流体力学という
分野で詳しく学びます。

>1. 無音で運動する物体は衝撃波を生じるのでしょうか?

 生じます。音速(秒速約340m/秒)を超える
速度で飛行する航空機の周囲には衝撃波が生じて
います。

 空気や水などのように流れる物体を、流体といいます。
流体の性質は、その流れる速度、圧力、粘性(粘っこさ
というイメージです)などで決まりますが、
音速(...続きを読む

Qソニックブーム

東京に住んでます。
昨日の雷凄い音がしてましたけど
戦闘機の出すソニックブームと雷の音とでは
どちらが音がすごいんでしょうか。
ちなみにソニックブームは聞いたことないです。

Aベストアンサー

ソニックブームは、音速「以上」で飛んだときに発生します。
「ちょうど音速で」というのは、パイロットがソニックブームを観測する(してしまう)速度だと思いました。

参考URLの情報によると、
 ・超音速旅客機コンコルドの開発時に多くの実験が行なわれた
 ・10 km上空を飛行した際で、130 dB程度の音圧が発生する
 ・コンコルドは、高度10 km以下では超音速飛行禁止(住宅上空では10 km以下でも極力避ける)
とのことです。

飛行高度を1/10の1kmにすれば、音圧はざっと100倍で150dBになる…で合ってるかな?
(ソニックブームが全球方向に均等に広がる、と仮定した場合の計算ですが。)

ちょうど、筑波宇宙センターの大型音響試験設備の最大音圧(151dB)と同程度ですね。
これは、大型ロケットのフェアリング内部の音圧を十分以上にカバーする値です。
(実際の打上げより、厳しい環境の試験が可能になっているため。)

まず間違いなく人は死ぬでしょう。(と、聞いています。)

参考URL:http://www.ince-j.or.jp/doc/term-sa.htm

ソニックブームは、音速「以上」で飛んだときに発生します。
「ちょうど音速で」というのは、パイロットがソニックブームを観測する(してしまう)速度だと思いました。

参考URLの情報によると、
 ・超音速旅客機コンコルドの開発時に多くの実験が行なわれた
 ・10 km上空を飛行した際で、130 dB程度の音圧が発生する
 ・コンコルドは、高度10 km以下では超音速飛行禁止(住宅上空では10 km以下でも極力避ける)
とのことです。

飛行高度を1/10の1kmにすれば、音圧はざっと100倍で150dBになる…で合...続きを読む

Qマッハコーンはどうしてできるの?

飛行機とか、音速を超える時、
マッハコーンといわれる、すり鉢型の雲ができるんですけれど、
あれは自然の中で、何がどういう現象を起こして、出来あがって来るものなのでしょうか?
詳細な説明をお願いします。

Aベストアンサー

まず、航空機の機体前面で空気が圧縮されます。本来はするっとすり抜けていくのが理想なのですが、実際にはそういう訳にもいかないので前面部分では「とてつもなく圧縮される」んです。スペースシャトルが大気圏に突入する際、物凄い温度になりますね。あれも理屈は一緒です。空気の粘性などによって逃げ切れず、圧縮されるんですね。

さて、圧縮された気体の水蒸気飽和度、どれだけ水蒸気を含む事が出来るか、という度合いは温度によって上昇します。つまり、圧縮される前よりもより多くの水蒸気が含まれる様になるんですね(ただし、元々の水分が少ない場合、そうならない事も多いので注意です)。
そして、「機体前面の圧縮」から側面に回ると、一気に膨張されます。機体前面で傘状に圧縮された分、側面で膨張します。
一気に膨張した気体は水蒸気飽和度が下がりますので、そこに雲が発生します。それがおっしゃる「ショックコーン」だと考えます。

ただし、これは「気体が膨張させられるから発生する」ので、すぐ通常の大気圧に戻ると消えてしまいます。

似た様な現象は「ループ中の翼上面」などにも見られますね。

まず、航空機の機体前面で空気が圧縮されます。本来はするっとすり抜けていくのが理想なのですが、実際にはそういう訳にもいかないので前面部分では「とてつもなく圧縮される」んです。スペースシャトルが大気圏に突入する際、物凄い温度になりますね。あれも理屈は一緒です。空気の粘性などによって逃げ切れず、圧縮されるんですね。

さて、圧縮された気体の水蒸気飽和度、どれだけ水蒸気を含む事が出来るか、という度合いは温度によって上昇します。つまり、圧縮される前よりもより多くの水蒸気が含まれる様...続きを読む

Qソニックブームは減速時におこりますか?

ソニックブームは減速時におこりますか?

ソニックブームは音速を超える時におきる衝撃波(音)ですが、
私のイメージでは音速の物体は自分の発生したおとと同じ速度で
移動するため、音が相加的になり衝撃波がおこるように思っています。

それなら音速より早いものが、減速して音速より遅くなる時もおこり
そうなのですが、実際どうなんでしょう。

また加速で音速に直ぐに近づいて、音速を超えたら直ぐにもっと加速して
音速から離れていくと、強いソニックブームは起こらないようにおもえます。

私の勝手な妄想ですが、詳しい方是非をお教えください。

http://oshiete.goo.ne.jp/qa/6099766.html
この質問で以前でもお世話になっています。

Aベストアンサー

ソニックブームは,機体の種々の部分から発生した衝撃波が地上に向かって伝播する際に整理・統合して強力になり,それが地上に到達すると起こります.超音速で飛行していれば衝撃波は必ず発生しますので(No.1さんの回答へのお礼にあるURLの説明は間違っています),機体が超音速で飛行していればソニックブームは必ず起こります.No.1さんの回答が正しいです.

「音速を越えるときに生じる」というのは正しいですが,音速を越えるときだけに起こるのではありません.マッハ2で定常飛行しているときにもソニックブームは起こります.事実,コンコルドは,このソニックブームのために陸上を超音速飛行することが許されませんでした.


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