คลื่นกระแทก
คลื่นกระแทก คือรูปแบบการรบกวนที่แพร่ออกไปชนิดหนึ่ง เหมือนกับคลื่นปกติทั่วไปซึ่งมีพลังงานอยู่ในตัวและสามารถแพร่พลังงานนั้นออกไปผ่านตัวกลางหนึ่งๆ (อาจเป็นของแข็ง ของเหลว แก๊ส หรือพลาสมา) (พลาสมา ในทางฟิสิกส์และเคมี คือ แก๊สที่มีสภาพเป็นไอออน และมักจะถือเป็นสถานะหนึ่งของสสาร การมีสภาพเป็นไอออนดังกล่าวนี้ หมายความว่า จะมีอิเล็กตรอนอย่างน้อย 1 ตัว ถูกดึงออกจากโมเลกุล ประจุไฟฟ้าอิสระทำให้พลาสมามีสภาพการนำไฟฟ้าเกิดขึ้นสถานะที่ 4 ของสสารนี้ มีการเอ่ยถึงครั้งแรก โดยเซอร์ วิลเลียม ครูกส์ (Sir William Crookes) เมื่อ ค.ศ. 1879 และในปี ค.ศ. 1928 นั้น เออร์วิง แลงเมียร์ (Irving Langmuir) คิดคำว่าพลาสมา (plasma) ขึ้นมาแทนสถานะของสสารนี้เนื่องจากเขานึกถึงพลาสมาของเลือด
พลาสมาจัดได้ว่าเป็นสถานะที่ 4 ของสสาร เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างไปจากสถานะอื่นอย่างชัดเจน พลาสมาประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุทั้งประจุบวกและลบ ในสัดส่วนที่ทำให้ประจุสุทธิเป็นศูนย์ การอยู่รวมกันของอนุภาคเหล่านี้เป็นแบบประหนึ่งเป็นกลาง (quasineutral) ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนและไอออนในบริเวณนั้น โดยรวมแล้วมีจำนวนเท่า ๆ กัน และแสดงพฤติกรรมร่วม (collective behavior)
พฤติกรรมร่วมนี้หมายถึง การเคลื่อนที่ของอนุภาคในพลาสมา ไม่เพียงแต่จะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขในบริเวณนั้น ๆ เท่านั้น แต่เป็นผลโดยรวมจากพลาสมาส่วนใหญ่ มากกว่าจะเป็นผลมาจากการชนกันของอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงกัน เนื่องจากอนุภาคในพลาสมาที่สถานะสมดุล จะมีการสั่นด้วยความถี่ที่สูงกว่าความถี่ในการชนกันของอนุภาค 2 ตัวที่อยู่ใกล้กัน ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่าพฤติกรรมร่วมนี้เป็นพฤติกรรมที่กลุ่มพลาสมาแสดงออกมาร่วมกัน
พลาสมาสามารถเกิดได้โดย การให้สนามไฟฟ้าปริมาณมากแก่ก๊าซที่เป็นกลาง เมื่อพลังงานส่งผ่านไปยังอิเล็กตรอนอิสระมากพอ จะทำให้อิเล็กตรอนอิสระชนกับอะตอม และทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม กระบวนการนี้เรียกว่ากระบวนการแตกตัวเป็นไอออน (ionization) ซึ่งจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนที่หลุดออกมานี้เพิ่มจำนวนขึ้นอย่างมากซึ่งจะทำให้ก๊าซแตกตัวและกลายเป็นพลาสมาในที่สุด พลาสมามีความแตกต่างจากสถานะของแข็ง สถานะของเหลว และสถานะก๊าซ โดยมีเงื่อนไข 3 ประการ ในเรื่องดังต่อไปนี้คือ ความยาวคลื่นเดอบาย จำนวนอนุภาค และความถี่พลาสมา ซึ่งทำให้พลาสมามีความจำเพาะเจาะจงที่แตกต่างจากสถานะอื่นออกไป) หรือบางครั้งก็อาจสูญหายไปในวัสดุที่เป็นตัวกลางโดยผ่านสนาม เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นกระแทกมีคุณลักษณะที่เกิดแบบทันทีทันใด เป็นการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ต่อเนื่องในสารตัวกลาง เมื่อเกิดการกระแทก จะมีกระแสความดัน อุณหภูมิ และความหนาแน่นที่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเสมอ คลื่นกระแทกจะเดินทางผ่านสารตัวกลางส่วนใหญ่ด้วยความเร็วที่สูงกว่าคลื่นโดยทั่วไป
วัตถุที่เป็นแหล่งกำเนิดเสียงอาจเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่าหรือมากกว่าอัตราเร็วเสียงในตัวกลางก็ได้ ในกรณีที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยกว่าอัตราเร็วเสียง เสียงที่ผู้ฟังได้ยินจะเป็นไปตามปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ แต่หากเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าอัตราเร็วเสียง เสียงที่ผู้ฟังได้ยินจะแตกต่างไปจากปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ และไม่สามารถใช้ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นได้ตัวอย่างของเสียงในกรณีนี้ เช่น เสียงจากเครื่องบินที่มีความเร็วมากกว่าอัตราเร็วเสียงโดยเป็นเสียงที่ดังมกและเกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ผ่านผู้ฟัง คลื่นเสียงในกรณีนี้คือ คลื่นกระแทก และเสียงจากคลื่นกระแทกซึ่งเป็นเสียงที่ดังมากจะเรียกว่า ซอนิกบูม (sonic boom)
ผู้ฟังที่เคยได้ยินเสียงจากคลื่นกระแทกที่เกิดจากเครื่องบินจะสังเกตได้ว่า เสียงจากคลื่นกระแทกมักเกิดขึ้นหลังจากเครื่องบินเคลื่อนที่ผ่านผู้ฟังไปแล้ว สาเหตุเนื่องจากคลื่นกระแทกเป็นคลื่นรูปกรวย ซึ่งหน้าคลื่นจะเคลื่อนที่มาถึงผู้ฟังเมื่อเครื่องบินเคลื่อนผ่านผู้ฟังไปแล้ว เสียงที่ผู้ฟังได้ยินจะเป็นเสียงดังมากเนื่องจากคลื่นกระแทกมีแอมพลิจูดมากและพลังงานสูง
slot ในบางครั้งพลังงานของคลื่นกระแทกสามารถทำให้หน้าต่างแตกได้ และดังที่ได้กล่าวแล้วในตอนต้นเสียงดังนี้เรียกว่า ซอนิกบูม ซึ่งผู้ฟังอาจได้ยินเสียงซอนิกบูมจากเครื่องบินลำหนึ่งหลายครั้ง เนื่องจากคลื่นกระแทกสามารถเกิดขึ้นบนเครื่องบินได้หลายตำแหน่ง
Comments are closed