충격파

요약 유체 속으로 음속보다도 빠른 속도로 전달되는 강력한 압력파이다. 급격한 압력변화에 의해 파면이 중첩되어 발생하며 충격파가 통과할 때에는 압력, 밀도, 온도 등이 급격히 증가한다.

유체 속으로 전파되는 파동의 일종으로 음속보다도 빨리 전파되어 압력, 밀도, 온도 등이 급격히 변화하는 파이다. 화약이 폭발하여 극히 짧은 시간에 공기가 압축된다든지, 항공기나 탄환 등 파를 생기게 하는 원인이 될 수 있는 물체가 음속 또는 그보다 빠른 속도로 공기 속을 운동할 때 발생한다. 기체 내의 압력파는 압축된 부분과 팽창된 부분이 다 같이 소리와 같은 일정한 속도로 전달되는 것이 보통이지만, 압력변화가 급격히 생기면 팽창부는 서서히, 압축부는 급격하게 변화되어 파형이 찌그러져 파면이 중첩된 충격파가 나타난다.

충격파의 전달속도는 압력증가가 클수록 빠르고 언제나 음속보다 빠르다. 폭발이 일어났을 때는 먼저 큰 압력파가 충격파의 형태로 사방으로 퍼지지만 압력이 급속히 쇠약해지므로 곧 음속과 같게 되어 전달된다. 또 비행체의 속도가 음속에 가까워지면 날개 근처에서 충격파가 발생하고, 비행체의 속도가 음속을 능가함에 따라 기수(機首)를 꼭짓점으로 하는 마하 원뿔이라는 원뿔 모양의 파면이 발생하며 원뿔면 위에서 충격파가 나타난다. 비행체가 비교적 높은 고도를 유지하면서 수평비행을 할 경우에는 충격파가 지면에 도달하기 전에 에너지를 잃어버리게 되어 지상에서 관찰할 수 없다. 그러나 고속도로 급강하하는 경우나 방향을 급히 바꿀 때는 큰 에너지를 가진 충격파가 발생하며 지면에 도달하여 폭발음과 함께 강한 압력을 내는 경우도 있다. 이 현상이 소닉붐(sonic boom)이며 가옥 등에 피해를 입히기도 한다.

일반적인 파동의 세기는 진폭의 크기로 나타내지만 불연속적인 파동인 충격파의 세기는 압축부와 팽창부의 압력 비로 나타내게 된다. 이를 토대로 랭킨-위고니오(Rankine-Hugoniot) 관계식으로부터 속도, 밀도의 비를 계산할 수 있으며 에너지의 일부가 온도변화에 사용됨을 알 수 있다.

전기공학에서는 충격전류, 즉 임펄스(impulse) 또는 펄스(pulse)를 충격파라고 할 때도 있다.