Конус Маха и его проявления в быту

Здравствуйте, друзья! Вам нравится заниматься домашним хозяйством, бытовыми делами? Мне - не очень, но приходится. В это время я думаю о высоком. Например, о конусе Маха. О нём обычно говорят в контексте сверхзвуковых самолетов и аэродинамики.

Конус Маха - это поверхность, возникающая при движении тела, излучающего звук, со скоростью больше скорости звука. В результате интерференции звуковых волн, излученных в разные моменты времени, образуется коническая поверхность, за которую не могут проникнуть звуковые волны - образуется зона молчания.

Образование конуса Маха: неподвижный источник излучает во все стороны равномерно, а если источник движется, волновой фронт уже не будет симметричен - в направлении движения будет сгущение. Начальное положение источника отмечено зеленой точкой, окружности - волновые фронты, излучаемые в разные моменты времени. При скорости источника, равной скорости звука, формируется ударная волна, а если больше скорости звука - образуется конус Маха.

Вернемся с небес на Землю. В домашних условиях получить сверхзвуковое движение мы не можем, но можем наблюдать за более медленными волнами - капиллярными волнами на поверхности воды - теми самыми, которые образуются от кидания камушков. В качестве движущегося источника можно рассмотреть поток, набегающий на препятствие. При набегании потока образуются волны, и если мы перейдем в систему отсчёта, связанную с потоком, то получим тот же механизм образования конусов Маха:

Аналогом движущегося источника будет поток, движущийся в противоположном направлении. Поток сносит волновые фронты, и образуется конус Маха.

Конусы Маха, образованные по такому механизму, легко наблюдать в весенних ручейках. Я сняла видео на эту тему:

Приятно на прогулке вживую понаблюдать за весенними потоками воды! Мах получил простую формулу для угла своего конуса, покажу ее на картинке.

Получаем формулу для угла конуса Маха

Из формулы видно, что чем больше скорость потока, тем меньше угол конуса. В этом легко убедиться на простом эксперименте. Скорость потока ручейка на улице мы менять не можем, зато можем менять скорость потока воды из крана. При мытье посуды я неоднократно наблюдала такой эффект - сковородка или противень с прилипшими крошками демонстрирует замечательные конусы, которые сужаются при увеличении напора воды. Вот небольшое видео, демонстрирующее образование конусов:

Вживую конусы видны гораздо лучше, чем на видео. Рекомендую всем при мытье посуды понаблюдать за этим замечательным эффектом. Так мыть посуду будет гораздо интереснее!

Я редко мою посуду руками, обычно пользуюсь посудомоечной машиной, но сковородку и противень, которые показаны на видео, там мыть нельзя. В посудомоечной машине я тоже нашла немного физики, на эту тему есть отдельная статья.

Спасибо, что дочитали до конца! Друзья, желаю вам маленьких приятных открытий на вашем пути, а мои статьи немного помогут! Подписывайтесь, ставьте лайки.