ในกลศาสตร์โดยเฉพาะอะคูสติกคลื่นกระแทกหรือคลื่นช็อกคือการรบกวนชนิดหนึ่งที่แพร่กระจายซึ่งเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วเสียงในตัวกลาง เช่นเดียวกับคลื่นทั่วไป คลื่นกระแทกจะนำพาพลังงานและสามารถแพร่กระจายผ่านตัวกลางได้ แต่มีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน เกือบไม่ต่อเนื่อง ในความดันอุณหภูมิและความหนาแน่นของตัวกลาง^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

เพื่อเป็นการเปรียบเทียบ ในการไหลเหนือเสียง การขยายตัวที่เพิ่มขึ้นเพิ่มเติมอาจเกิดขึ้นได้ผ่านพัดลมการขยายตัวหรือที่เรียกว่าพัดลมการขยายตัวของ Prandtl–Meyerคลื่นการขยายตัวที่เกิดขึ้นพร้อมกันอาจเข้าใกล้และในที่สุดก็ชนและรวมตัวกับคลื่นกระแทก ทำให้เกิดกระบวนการแทรกสอดแบบทำลายล้าง เสียงดังสนั่นที่เกิดขึ้น เมื่อเครื่องบิน ความเร็วเหนือเสียงบินผ่านเป็นคลื่นเสียงชนิดหนึ่งที่เกิดจากการแทรกสอดแบบเสริมกัน

ต่างจากโซลิตอน (คลื่นไม่เชิงเส้นอีกชนิดหนึ่ง) พลังงานและความเร็วของคลื่นกระแทกจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น เมื่อคลื่นกระแทกเคลื่อนที่ผ่านสสารพลังงานจะยังคงอยู่ แต่เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสสารนี้แสดงออกมาในรูปของการลดลงของพลังงานที่สามารถนำมาใช้เป็นงานได้ และในรูปของแรงต้านต่อวัตถุที่เคลื่อนที่เหนือเสียงคลื่นกระแทกเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ อย่าง รุนแรง

คลื่นกระแทกอาจเป็น:

ปกติ

ทำมุม 90° (ตั้งฉาก) กับทิศทางการไหลของตัวกลางที่ก่อให้เกิดคลื่นกระแทก

เฉียง

ทำมุมกับทิศทางการไหล

โค้งคำนับ

เกิดขึ้นเหนือส่วนหน้า ( หัวเรือ ) ของวัตถุปลายทู่ เมื่อความเร็วของกระแสน้ำที่พัดมาจากด้านบนเกิน Mach 1

คำศัพท์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง:

• แนวปะทะคลื่นกระแทก: ขอบเขตที่สภาวะทางกายภาพเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันเนื่องจากคลื่นกระแทก
• แนวปะทะสัมผัส: ในคลื่นกระแทกที่เกิดจากก๊าซตัวขับ (ตัวอย่างเช่น "การกระทบ" ของวัตถุระเบิดแรงสูงกับอากาศโดยรอบ) แนวปะทะสัมผัสคือขอบเขตระหว่างก๊าซตัวขับ (ผลิตภัณฑ์จากการระเบิด) และก๊าซที่ถูกขับ (อากาศ) แนวปะทะสัมผัสจะอยู่ด้านหลังแนวปะทะกระแทก

การเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในลักษณะของตัวกลาง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของคลื่นกระแทก สามารถมองได้ว่าเป็นการเปลี่ยนสถานะ : แผนภาพความดัน-เวลาของวัตถุความเร็วเหนือเสียงที่กำลังเคลื่อนที่ แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนสถานะที่เกิดจากคลื่นกระแทกนั้นคล้ายคลึงกับการ เปลี่ยนสถานะแบบไดนามิก

เมื่อวัตถุ (หรือการรบกวน) เคลื่อนที่เร็วกว่าที่ข้อมูลจะแพร่กระจายไปยังของเหลวโดยรอบ ของเหลวที่อยู่ใกล้การรบกวนจะไม่สามารถตอบสนองหรือ "หลบหลีก" ได้ก่อนที่การรบกวนจะมาถึง ในคลื่นกระแทก คุณสมบัติของของเหลว ( ความหนาแน่นความดันอุณหภูมิความเร็วการไหลเลขมัค ) จะเปลี่ยนแปลงเกือบจะในทันที^{[ 7 ] [ 8 ]}การวัดความหนาของคลื่นกระแทกในอากาศได้ค่าประมาณ 200 นาโนเมตร (ประมาณ 10 ⁻⁵นิ้ว) ^{[ 9 ]}ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับระยะทางเฉลี่ยอิสระของโมเลกุลก๊าซ เมื่ออ้างอิงถึงความต่อเนื่อง สิ่งนี้หมายความว่าคลื่นกระแทกสามารถถือได้ว่าเป็นเส้นหรือระนาบ หากสนามการไหลเป็นสองมิติหรือสามมิติ ตามลำดับ

คลื่นกระแทกเกิดขึ้นเมื่อแนวหน้าความดันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียงและดันอากาศโดยรอบ^{[ 10 ]}ในบริเวณที่เกิดเหตุการณ์นี้ คลื่นเสียงที่เดินทางสวนทางกับการไหลจะถึงจุดที่พวกมันไม่สามารถเดินทางต่อไปทางต้นน้ำได้อีก และความดันจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในบริเวณนั้น ทำให้เกิดคลื่นกระแทกความดันสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว

คลื่นกระแทกไม่ใช่คลื่นเสียงทั่วไป คลื่นกระแทกมีลักษณะเป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของคุณสมบัติของก๊าซ คลื่นกระแทกในอากาศจะได้ยินเป็นเสียง "แตก" หรือ "ดีด" ดังลั่น ในระยะทางที่ไกลขึ้น คลื่นกระแทกสามารถเปลี่ยนจากคลื่นไม่เชิงเส้นเป็นคลื่นเชิงเส้น และเสื่อมสภาพกลายเป็นคลื่นเสียงทั่วไปเมื่อมันทำให้อากาศร้อนขึ้นและสูญเสียพลังงาน คลื่นเสียงนี้จะได้ยินเป็นเสียง "ตุบ" หรือ "ตุบ" ที่คุ้นเคยของเสียงดังสนั่นหวั่นไหวซึ่งมักเกิดจากการบินเหนือเสียงของเครื่องบิน

คลื่นกระแทกเป็นหนึ่งในหลายวิธีที่ใช้ในการอัดก๊าซในกระแสลมความเร็วเหนือเสียง วิธีอื่นๆ ได้แก่การอัดแบบไอเซนโทรปิก ซึ่งรวมถึงการอัดแบบ แพรนดท์ล -เมเยอร์ วิธีการอัดก๊าซแต่ละวิธีส่งผลให้เกิดอุณหภูมิและความหนาแน่นที่แตกต่างกันสำหรับอัตราส่วนความดันที่กำหนด ซึ่งสามารถคำนวณได้ทางคณิตศาสตร์สำหรับก๊าซที่ไม่ทำปฏิกิริยา การอัดด้วยคลื่นกระแทกส่งผลให้ความดันรวมลดลง หมายความว่าเป็นวิธีการอัดก๊าซที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าสำหรับบางวัตถุประสงค์ เช่น ในช่องรับอากาศของ เครื่องยนต์สแครม เจ็ตการเกิดแรงต้านจากความดันในเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงส่วนใหญ่เกิดจากผลกระทบของการอัดด้วยคลื่นกระแทกต่อกระแสลม

ในกลศาสตร์ของไหล เบื้องต้น ที่ใช้ก๊าซในอุดมคติคลื่นกระแทกถือเป็นความไม่ต่อเนื่องที่เอนโทรปีเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันเมื่อคลื่นกระแทกผ่านไป เนื่องจากไม่มีการไหลของของไหลใดที่ไม่ต่อเนื่อง จึง มีการสร้าง ปริมาตรควบคุมขึ้นรอบคลื่นกระแทก โดยมีพื้นผิวควบคุมที่ล้อมรอบปริมาตรนี้ขนานกับคลื่นกระแทก (โดยมีพื้นผิวหนึ่งอยู่ด้านก่อนคลื่นกระแทกของตัวกลางของไหล และอีกพื้นผิวหนึ่งอยู่ด้านหลังคลื่นกระแทก) พื้นผิวทั้งสองแยกจากกันด้วยความลึกที่น้อยมาก ทำให้คลื่นกระแทกถูกบรรจุอยู่ระหว่างพื้นผิวทั้งสองอย่างสมบูรณ์ ที่พื้นผิวควบคุมดังกล่าว โมเมนตัม การไหลของมวล และพลังงานจะคงที่ ในการเผาไหม้การระเบิดสามารถจำลองได้เป็นการนำความร้อนเข้าสู่ระบบผ่านคลื่นกระแทก โดยถือว่าระบบเป็นแบบอะเดียแบติก (ไม่มีความร้อนออกจากหรือเข้าสู่ระบบ) และไม่มีงานเกิดขึ้นเงื่อนไขของ Rankine–Hugoniotเกิดขึ้นจากข้อพิจารณาเหล่านี้

เมื่อพิจารณาตามสมมติฐานที่กำหนดไว้ ในระบบที่สมบัติปลายทางกลายเป็นความเร็วต่ำกว่าเสียง สมบัติการไหลของของเหลวต้นทางและปลายทางจะถือว่าเป็นแบบไอเซนโทรปิก เนื่องจากปริมาณพลังงานทั้งหมดภายในระบบคงที่ เอนทาลปีสภาวะหยุดนิ่งจึงคงที่ในทั้งสองบริเวณ อย่างไรก็ตาม เอนโทรปีเพิ่มขึ้น ซึ่งต้องนำมาพิจารณาด้วยการลดลงของความดันสภาวะหยุดนิ่งของของเหลวปลายทาง

ในการวิเคราะห์คลื่นกระแทกในสนามการไหลซึ่งยังคงเกาะติดอยู่กับตัววัตถุ คลื่นกระแทกที่เบี่ยงเบนไปจากทิศทางการไหลในมุมใดๆ จะเรียกว่าคลื่นกระแทกเฉียง คลื่นกระแทกเหล่านี้จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์เวกเตอร์องค์ประกอบของการไหล การทำเช่นนั้นจะช่วยให้สามารถพิจารณาการไหลในทิศทางตั้งฉากกับคลื่นกระแทกเฉียงได้เหมือนกับคลื่นกระแทกปกติ

เมื่อคลื่นกระแทกเฉียงมีแนวโน้มที่จะก่อตัวขึ้นในมุมที่ไม่สามารถคงอยู่บนพื้นผิวได้ ปรากฏการณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นจะเกิดขึ้น โดยที่คลื่นกระแทกจะก่อตัวเป็นรูปแบบต่อเนื่องรอบๆ ตัววัตถุ ปรากฏการณ์เหล่านี้เรียกว่าคลื่นกระแทกโค้งในกรณีเหล่านี้ แบบจำลองการไหลแบบ 1 มิติจะไม่ถูกต้อง และจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์เพิ่มเติมเพื่อทำนายแรงดันที่กระทำต่อพื้นผิว

คลื่นกระแทกสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่คลื่นธรรมดามีความชันมากขึ้น ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของปรากฏการณ์นี้คือคลื่นในมหาสมุทรที่ก่อตัวเป็นคลื่นซัดเข้าฝั่ง ในน้ำตื้น ความเร็วของคลื่นผิวน้ำขึ้นอยู่กับความลึกของน้ำ คลื่นในมหาสมุทรที่ซัดเข้ามาจะมีความเร็วคลื่นสูงกว่าเล็กน้อยใกล้กับยอดคลื่นแต่ละลูกมากกว่าใกล้กับท้องคลื่นระหว่างคลื่น เนื่องจากความสูงของคลื่นไม่ได้น้อยมากเมื่อเทียบกับความลึกของน้ำ ยอดคลื่นจะแซงหน้าท้องคลื่นจนกระทั่งขอบด้านหน้าของคลื่นก่อตัวเป็นหน้าคลื่นแนวตั้งและซัดลงมาทำให้เกิดคลื่นกระแทกแบบปั่นป่วน (คลื่นซัดเข้าฝั่ง) ที่กระจายพลังงานของคลื่นออกไปเป็นเสียงและความร้อน

ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้ส่งผลต่อคลื่นเสียง แรง ในก๊าซหรือพลาสมา เนื่องจากการขึ้นอยู่ของความเร็วเสียงกับอุณหภูมิและความดัน คลื่นแรงจะทำให้ตัวกลางใกล้กับแนวความดันแต่ละแนวร้อนขึ้น เนื่องจากการอัดตัวแบบอะเดียแบติกของอากาศเอง ทำให้แนวความดันสูงแซงหน้าแนวความดันต่ำที่สอดคล้องกัน มีทฤษฎีหนึ่งกล่าวว่าระดับความดันเสียงในเครื่องดนตรีทองเหลือง เช่น ทรอมโบน จะสูงพอที่จะทำให้เกิดเสียงแหลมขึ้น ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของเสียงที่สดใสของเครื่องดนตรี^{[ 11 ]}แม้ว่าการก่อตัวของคลื่นกระแทกโดยกระบวนการนี้โดยปกติจะไม่เกิดขึ้นกับคลื่นเสียงที่ไม่ได้ถูกปิดล้อมในชั้นบรรยากาศของโลก แต่ก็คิดว่าเป็นกลไกหนึ่งที่ทำให้ชั้นโครโมสเฟียร์และโคโรนาของดวงอาทิตย์ ร้อนขึ้น ผ่านคลื่นที่แพร่กระจายขึ้นมาจากภายในดวงอาทิตย์

คลื่นกระแทกอาจอธิบายได้ว่าเป็นจุดที่อยู่ไกลที่สุดเหนือวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ซึ่ง "รับรู้" เกี่ยวกับการเข้าใกล้ของวัตถุนั้น ในคำอธิบายนี้ ตำแหน่งของคลื่นกระแทกถูกกำหนดให้เป็นขอบเขตระหว่างโซนที่ไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับการเกิดเหตุการณ์กระแทกและโซนที่รับรู้ถึงการเกิดเหตุการณ์กระแทก คล้ายคลึงกับกรวยแสงที่อธิบายไว้ในทฤษฎีสั มพัทธ ภาพ พิเศษ

ในการก่อให้เกิดคลื่นกระแทก วัตถุในตัวกลางที่กำหนด (เช่น อากาศหรือน้ำ) ต้องเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วเสียงในบริเวณนั้น ในกรณีของเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วสูงในระดับต่ำกว่าความเร็วเสียง บริเวณอากาศรอบๆ เครื่องบินอาจเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเสียงพอดี ทำให้คลื่นเสียงที่ออกจากเครื่องบินซ้อนทับกัน คล้ายกับการจราจรติดขัดบนทางหลวง เมื่อคลื่นกระแทกก่อตัวขึ้น ความดันอากาศในบริเวณนั้นจะเพิ่มขึ้นแล้วกระจายออกไปด้านข้าง เนื่องจากผลของการขยายตัวนี้ คลื่นกระแทกจึงมีความรุนแรงมาก คล้ายกับเสียงระเบิดเมื่อได้ยินจากระยะไกล (ซึ่งไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เพราะการระเบิดก่อให้เกิดคลื่นกระแทก)

ปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันนี้พบได้ในสาขาอื่นนอกเหนือจากกลศาสตร์ของไหล ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่มีประจุซึ่งถูกเร่งความเร็วเกินความเร็วแสงในตัวกลางที่มีการหักเหของแสง (เช่น น้ำ ซึ่งความเร็วแสงน้อยกว่าในสุญญากาศ ) จะสร้างผลกระทบจากการกระแทกที่มองเห็นได้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแผ่รังสีเชเรนคอฟ

ด้านล่างนี้คือตัวอย่างของคลื่นกระแทกจำนวนหนึ่ง ซึ่งจัดกลุ่มไว้ตามปรากฏการณ์กระแทกที่คล้ายคลึงกัน:

• โดยทั่วไปประกอบด้วยคลื่นกระแทกที่แพร่กระจายเข้าไปในตัวกลางที่อยู่นิ่ง
• ในกรณีนี้ ก๊าซด้านหน้าคลื่นกระแทกจะอยู่นิ่ง (ในกรอบอ้างอิงของห้องปฏิบัติการ) และก๊าซด้านหลังคลื่นกระแทกอาจมีความเร็วเหนือเสียงในกรอบอ้างอิงของห้องปฏิบัติการ คลื่นกระแทกจะเคลื่อนที่โดยมีหน้าคลื่นตั้งฉากกับทิศทางการไหล ความเร็วของคลื่นกระแทกเป็นฟังก์ชันของอัตราส่วนความดันเริ่มต้นระหว่างก๊าซทั้งสองกลุ่ม
• คลื่นกระแทกเคลื่อนที่มักเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างมวลก๊าซสองมวลที่มีความดันต่างกัน โดยคลื่นกระแทกจะแพร่กระจายเข้าไปในก๊าซที่มีความดันต่ำกว่า และคลื่นขยายตัวจะแพร่กระจายเข้าไปในก๊าซที่มีความดันสูงกว่า
• ตัวอย่าง: ลูกโป่งแตก, ท่อส่งแรงกระแทก , คลื่นกระแทกจากการระเบิด

• คลื่นระเบิดโดยพื้นฐานแล้วคือคลื่นกระแทกที่ได้รับการสนับสนุนจากปฏิกิริยาคายความร้อน ที่ตามมา มันเกี่ยวข้องกับคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ติดไฟได้ง่ายหรือมีสภาวะไม่เสถียรทางเคมีสูง เช่น ส่วนผสมของออกซิเจนและมีเทน หรือวัตถุระเบิดแรงสูงปฏิกิริยาเคมีของตัวกลางจะเกิดขึ้นตามหลังคลื่นกระแทก และพลังงานเคมีของปฏิกิริยานั้นจะผลักดันคลื่นไปข้างหน้า
• คลื่นระเบิดมีกฎเกณฑ์ที่แตกต่างจากคลื่นกระแทกทั่วไปเล็กน้อย เนื่องจากเกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นด้านหลังหน้าคลื่นกระแทก ในทฤษฎีที่ง่ายที่สุดสำหรับการระเบิด คลื่นระเบิดที่แพร่กระจายเองโดยไม่มีตัวรองรับจะเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วการไหล ของแชปแมน-จูเกต์การระเบิดยังจะทำให้เกิดคลื่นกระแทกแพร่กระจายไปในอากาศโดยรอบเนื่องจากแรงดันเกินที่เกิดจากการระเบิด
• เมื่อคลื่นกระแทกเกิดขึ้นจากวัตถุระเบิดแรงสูงเช่นTNT (ซึ่งมีความเร็วในการระเบิด 6,900 เมตร/วินาที) คลื่นกระแทกนั้นจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเหนือเสียงจากจุดกำเนิดเสมอ

• คลื่นกระแทกเหล่านี้มีลักษณะโค้งและก่อตัวขึ้นในระยะเล็กน้อยด้านหน้าของตัวยาน โดยจะอยู่ตรงหน้าตัวยานพอดี ทำมุม 90 องศา กับกระแสลมที่พัดเข้ามา แล้วจึงโค้งไปรอบๆ ตัวยาน คลื่นกระแทกแบบแยกตัวช่วยให้สามารถคำนวณเชิงวิเคราะห์ได้เช่นเดียวกับคลื่นกระแทกแบบติดอยู่กับตัวยาน สำหรับกระแสลมที่อยู่ใกล้คลื่นกระแทก หัวข้อนี้ยังคงเป็นที่สนใจอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกฎที่ควบคุมระยะห่างของคลื่นกระแทกด้านหน้าของตัวยานนั้นซับซ้อนและขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวยาน นอกจากนี้ ระยะห่างของคลื่นกระแทกยังแปรผันอย่างมากกับอุณหภูมิสำหรับก๊าซที่ไม่เป็นอุดมคติ ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในการถ่ายเทความร้อนไปยังระบบป้องกันความร้อนของยาน ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ในหัวข้อการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ สิ่งเหล่านี้เป็นไปตามคำตอบของสมการวิเคราะห์แบบ "คลื่นกระแทกแรง" ซึ่งหมายความว่าสำหรับคลื่นกระแทกเฉียงบางส่วนที่อยู่ใกล้กับขีดจำกัดของมุมเบี่ยงเบนมาก หมายเลข Mach ที่ปลายทางจะเป็นความเร็วต่ำ กว่าเสียง ดูเพิ่มเติมที่คลื่นกระแทกโค้งหรือคลื่นกระแทกเฉียง
• ปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อมุมเบี่ยงเบนสูงสุดเกินกว่าที่กำหนด โดยทั่วไปแล้วคลื่นกระแทกแบบแยกตัวจะพบเห็นได้ในวัตถุที่มีปลายทู่ แต่ก็อาจพบเห็นได้ในวัตถุที่มีปลายแหลมที่ความเร็วมาคต่ำๆ เช่นกัน
• ตัวอย่างเช่น ยานสำรวจอวกาศที่กลับสู่โลก (อะพอลโล, กระสวยอวกาศ), กระสุนปืน, ขอบเขต ( คลื่นกระแทกหัวเรือ ) ของสนามแม่เหล็กโลกชื่อ "คลื่นกระแทกหัวเรือ" มาจากตัวอย่างของคลื่นหัวเรือซึ่งเป็นคลื่นกระแทกที่แยกตัวออกมา เกิดขึ้นที่หัวเรือ (ด้านหน้า) ของเรือที่แล่นผ่านน้ำ ซึ่งความเร็วของคลื่นผิวน้ำที่ช้าของคลื่นนี้จะถูกแซงหน้าได้ง่าย (ดูคลื่นผิวน้ำในมหาสมุทร )

• คลื่นกระแทกเหล่านี้ปรากฏขึ้นราวกับเกาะอยู่ตรงปลายของวัตถุแหลมคมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือเสียง
• ตัวอย่าง: รูปทรงลิ่มและกรวยความเร็วเหนือเสียงที่มีมุมยอดเล็ก
• คลื่นกระแทกที่แนบมาเป็นโครงสร้างคลาสสิกในอากาศพลศาสตร์ เนื่องจากสำหรับก๊าซสมบูรณ์แบบและสนามการไหลที่ไม่มีความหนืด จะมีคำตอบเชิงวิเคราะห์ที่สามารถคำนวณอัตราส่วนความดัน อัตราส่วนอุณหภูมิ มุมของลิ่ม และเลขมัคปลายทางได้ทั้งหมด โดยทราบเลขมัคต้นทางและมุมของคลื่นกระแทก มุมของคลื่นกระแทกที่เล็กกว่าจะสัมพันธ์กับเลขมัคต้นทางที่สูงกว่า และกรณีพิเศษที่คลื่นกระแทกทำมุม 90° กับการไหลที่เข้ามา (คลื่นกระแทกปกติ) จะสัมพันธ์กับเลขมัคเท่ากับหนึ่ง สิ่งเหล่านี้เป็นไปตามคำตอบของ "คลื่นกระแทกอ่อน" จากสมการวิเคราะห์

คลื่นกระแทกยังสามารถเกิดขึ้นได้ในกระแสการไหลอย่างรวดเร็วของวัสดุเม็ดละเอียดหนาแน่นที่ไหลลงมาตามช่องหรือทางลาดเอียง สามารถศึกษาคลื่นกระแทกรุนแรงในกระแสการไหลของวัสดุเม็ดละเอียดหนาแน่นอย่างรวดเร็วได้ทั้งในเชิงทฤษฎีและวิเคราะห์เพื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลจากการทดลอง ลองพิจารณาการจัดเรียงที่วัสดุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วลงมาตามรางกระทบกับกำแพงกั้นที่ตั้งฉากกับปลายช่องที่ยาวและลาดชัน การกระทบกันนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในระบอบการไหลจากชั้นบางๆ ที่เคลื่อนที่เร็วในสภาวะวิกฤตยิ่งยวดไปเป็นกองหนาที่หยุดนิ่ง การจัดเรียงการไหลนี้มีความน่าสนใจเป็นพิเศษเพราะมันคล้ายคลึงกับสถานการณ์ทางไฮดรอลิกและอากาศพลศาสตร์บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงระบอบการไหลจากสภาวะวิกฤตยิ่งยวดไปเป็นสภาวะต่ำกว่าวิกฤต

สภาพแวดล้อมทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์มีคลื่นกระแทกหลายประเภท ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ได้แก่คลื่นกระแทกจากซูเปอร์โนวา หรือ คลื่นระเบิดที่เดินทางผ่านตัวกลางระหว่างดาวคลื่นกระแทกรูปคันธนูที่เกิดจากการปะทะกันของสนามแม่เหล็กโลกกับลมสุริยะและคลื่นกระแทกที่เกิดจาก การชนกันของ กาแล็กซีอีกประเภทหนึ่งของคลื่นกระแทกที่น่าสนใจในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์คือ คลื่นกระแทกย้อนกลับแบบกึ่งคงที่หรือคลื่นกระแทกยุติ ซึ่งเป็นคลื่นที่ยุติลมสุริยะความเร็วสูงจากพัลซาร์ อายุ น้อย

คลื่นกระแทกเกิดจากอุกกาบาตเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก^{[ 12 ]}เหตุการณ์Tunguskaและเหตุการณ์อุกกาบาตรัสเซียในปี 2013เป็นหลักฐานที่บันทึกไว้ดีที่สุดเกี่ยวกับคลื่นกระแทกที่เกิดจากอุกกาบาต ขนาดใหญ่

เมื่ออุกกาบาตในปี 2013 พุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกด้วยพลังงานที่เทียบเท่ากับทีเอ็นที 100 กิโลตันหรือมากกว่านั้น ซึ่งทรงพลังกว่าระเบิดปรมาณูที่ทิ้งลงฮิโรชิม่า หลายสิบเท่า คลื่นกระแทกของอุกกาบาตได้สร้างความเสียหายราวกับ การบินผ่านของเครื่องบินเจ็ทความเร็ว เหนือเสียง (ใต้เส้นทางของอุกกาบาตโดยตรง) และเป็นคลื่นระเบิดโดยมีคลื่นกระแทกเป็นวงกลมอยู่ตรงกลางจุดที่อุกกาบาตระเบิด ทำให้เกิดเศษกระจกแตกหลายจุดในเมืองเชลยาบินสค์และพื้นที่ใกล้เคียง (ดังภาพ)

ในตัวอย่างด้านล่าง คลื่นกระแทกถูกควบคุม สร้างขึ้นโดย (เช่น ปีกเครื่องบิน) หรือ เกิด ขึ้นภายในอุปกรณ์ทางเทคโนโลยี เช่นกังหัน

• คลื่นกระแทกเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อการไหลเหนือวัตถุที่มีความเร็วเหนือเสียงถูกลดความเร็วลงจนถึงความเร็วต่ำกว่าเสียง
• ตัวอย่าง: ปีกความเร็วเหนือเสียง, กังหัน
• เมื่อกระแสลมที่ไหลผ่านด้านดูดของปีกความเร็วทรานโซนิกถูกเร่งความเร็วไปจนถึงระดับความเร็วเหนือเสียง การอัดตัวกลับที่เกิดขึ้นอาจเกิดขึ้นได้จากการอัดตัวแบบ Prandtl–Meyer หรือจากการก่อตัวของคลื่นกระแทกปกติ คลื่นกระแทกนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ทรานโซนิก เนื่องจากสามารถทำให้ชั้นขอบเขตแยกตัวออก ณ จุดที่สัมผัสกับรูปทรงทรานโซนิก ซึ่งอาจนำไปสู่การแยกตัวอย่างสมบูรณ์และการหยุดชะงักบนรูปทรง การเพิ่มแรงต้าน หรือการเกิดคลื่นกระแทกซ้อน ซึ่งเป็นสภาวะที่การแยกตัวและคลื่นกระแทกมีปฏิสัมพันธ์กันในสภาวะเรโซแนนซ์ ทำให้เกิดภาระเรโซแนนซ์บนโครงสร้างพื้นฐาน

• ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อการไหลเหนือเสียงในท่อถูกลดความเร็วลง
• ตัวอย่าง:
  • ในระบบขับเคลื่อนความเร็วเหนือเสียง: แรมเจ็ต , สแครมเจ็ต , อันสตาร์ท
  • ในการควบคุมการไหล: วาล์วเข็ม, เวนทูรีแบบอุดตัน
• ในกรณีนี้ ก๊าซที่อยู่ด้านหน้าคลื่นกระแทกจะมีความเร็วเหนือเสียง (ในกรอบอ้างอิงของห้องปฏิบัติการ) และก๊าซที่อยู่ด้านหลังระบบคลื่นกระแทกจะมีทั้งความเร็วเหนือเสียง ( คลื่นกระแทกเฉียง ) หรือความเร็วต่ำกว่าเสียง ( คลื่นกระแทกปกติ ) (ถึงแม้ว่าสำหรับคลื่นกระแทกเฉียงบางกรณีที่ใกล้เคียงกับขีดจำกัดของมุมเบี่ยงเบนมาก ความเร็วมาคที่อยู่ด้านหลังคลื่นกระแทกจะมีค่าต่ำกว่าเสียง) คลื่นกระแทกเกิดจากการลดความเร็วของก๊าซเนื่องจากท่อที่แคบลง หรือจากการเติบโตของชั้นขอบเขตบนผนังของท่อขนาน

เครื่องยนต์ แบบจานคลื่น (หรือเรียกอีกชื่อว่า "เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบโรเตอร์คลื่นรัศมี") เป็นเครื่องยนต์แบบหมุนไร้ลูกสูบ ชนิดหนึ่ง ที่ใช้คลื่นกระแทกในการถ่ายโอนพลังงานระหว่างของเหลวที่มีพลังงานสูงกับของเหลวที่มีพลังงานต่ำ ส่งผลให้ทั้งอุณหภูมิและความดันของของเหลวที่มีพลังงานต่ำเพิ่มขึ้น

ในเมมริสเตอร์ภายใต้สนามไฟฟ้าที่ใช้ภายนอก คลื่นกระแทกสามารถเกิดขึ้นได้ทั่วออกไซด์ของโลหะทรานซิชัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอย่างรวดเร็วและไม่เปลี่ยนแปลง^{[ 13 ]}

จำเป็นต้องใช้เทคนิคขั้นสูงเพื่อจับภาพคลื่นกระแทกและตรวจจับคลื่นกระแทกทั้งในการคำนวณเชิงตัวเลขและการสังเกตการณ์เชิงทดลอง^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณมักใช้เพื่อหาฟิลด์การไหลที่มีคลื่นกระแทก แม้ว่าคลื่นกระแทกจะเป็นความไม่ต่อเนื่องที่คมชัด แต่ในการแก้ปัญหาเชิงตัวเลขของการไหลของของไหลที่มีความไม่ต่อเนื่อง (คลื่นกระแทก ความไม่ต่อเนื่องของการสัมผัส หรือเส้นลื่น) คลื่นกระแทกสามารถถูกทำให้เรียบโดยวิธีการเชิงตัวเลขลำดับต่ำ (เนื่องจากการกระจายตัวเชิงตัวเลข) หรือมีการแกว่งที่ไม่พึงประสงค์ใกล้พื้นผิวคลื่นกระแทกโดยวิธีการเชิงตัวเลขลำดับสูง (เนื่องจากปรากฏการณ์ของกิบบส์^{[ 20 ]} )

นอกจากคลื่นกระแทกแล้ว ยังมีความไม่ต่อเนื่องอื่นๆ ในการไหลของของเหลวอีกด้วย พื้นผิวลื่น (3 มิติ) หรือเส้นลื่น (2 มิติ) คือระนาบที่ความเร็วสัมผัสไม่ต่อเนื่อง ในขณะที่ความดันและความเร็วปกติต่อเนื่อง บริเวณที่ไม่ต่อเนื่องของการสัมผัส ความดันและความเร็วต่อเนื่อง แต่ความหนาแน่นไม่ต่อเนื่อง คลื่นขยายตัวที่รุนแรงหรือชั้นเฉือนอาจมีบริเวณที่มีความชันสูงซึ่งดูเหมือนจะเป็นความไม่ต่อเนื่อง ลักษณะทั่วไปบางประการของโครงสร้างการไหลและคลื่นกระแทกเหล่านี้ รวมถึงข้อจำกัดของเครื่องมือเชิงตัวเลขและเชิงทดลอง นำไปสู่ปัญหาสำคัญสองประการในการปฏิบัติ: (1) คลื่นกระแทกบางส่วนไม่สามารถตรวจจับได้ หรือตำแหน่งของคลื่นกระแทกถูกตรวจจับผิดพลาด (2) โครงสร้างการไหลบางอย่างที่ไม่ใช่คลื่นกระแทกถูกตรวจจับผิดพลาดว่าเป็นคลื่นกระแทก

ในความเป็นจริง การจับและตรวจจับคลื่นกระแทกอย่างถูกต้องมีความสำคัญ เนื่องจากคลื่นกระแทกมีอิทธิพลดังต่อไปนี้: (1) ทำให้ความดันรวมลดลง ซึ่งอาจเป็นข้อกังวลที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สแครมเจ็ท (2) ให้แรงยกสำหรับการกำหนดค่าเวฟไรเดอร์ เนื่องจากคลื่นกระแทกเฉียงที่พื้นผิวด้านล่างของยานพาหนะสามารถสร้างความดันสูงเพื่อสร้างแรงยก (3) นำไปสู่แรงต้านคลื่นของยานพาหนะความเร็วสูง ซึ่งเป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพของยานพาหนะ (4) ทำให้เกิดภาระความดันและความร้อนสูง เช่น การรบกวนระหว่างคลื่นกระแทกประเภท IV อาจทำให้ความร้อนที่พื้นผิวยานพาหนะเพิ่มขึ้นถึง 17 เท่า (5) มีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างอื่นๆ เช่น ชั้นขอบเขต เพื่อสร้างโครงสร้างการไหลใหม่ เช่น การแยกตัวของการไหล การเปลี่ยนผ่าน เป็นต้น

• Smoller, Joel: (1983), คลื่นกระแทกและสมการปฏิกิริยา-การแพร่กระจาย, Springer ISBN 9780387907529.
• Krehl, Peter OK (2011), "ฟิสิกส์คลื่นกระแทกและฟิสิกส์การระเบิด — แรงกระตุ้นให้เกิดสาขาใหม่ ๆ มากมายในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม", European Physical Journal H , 36 (1): 85– 152, Bibcode : 2011EPJH...36...85K , doi : 10.1140/epjh/e2011-10037-x , S2CID  123074683 .

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับคลื่นกระแทก

• ข้อมูลเกี่ยวกับศูนย์วิจัยเกล็นน์ของนาซา:
  • แรงกระแทกเฉียง
  • โช้คอัพไขว้หลายตัว
  • แฟนๆ ส่วนขยาย
• วิทยาลัยเซลเคิร์ก: ระบบอินทราเน็ตด้านการบิน: การบินความเร็วสูง (เหนือเสียง)
  • การสูญเสียพลังงานในคลื่นกระแทก ทั้งคลื่นกระแทกปกติและคลื่นกระแทกเฉียง
  • การก่อตัวของคลื่นกระแทกปกติ
• หลักการพื้นฐานของการไหลแบบอัดได้, 2007
• ภาพคลื่นกระแทกแบบ Schlieren จาก NASA ปี 2015 T-38C