介质中的波与冲击波传播

空气、水、岩体、炸药等物质的状态可以用压力、密度、温度、移动速度等参数表征。物质在外界作用下状态参数会发生一定的变化，物质局部状态的变化称为扰动。如果外界作用只引起物质状态参数发生微小的变化，这种扰动称为弱扰动；如果外界作用引起物质状态参数发生显著变化，这种扰动称为强扰动。

扰动在介质中的传播称为波。在波的传播过程中，介质原始状态与扰动状态的交界面称为波阵面。波阵面的传播方向就是波的传播方向，传播方向与介质质点振动方向平行的波称为纵波，传播方向与介质质点振动方向垂直的波称为横波，如图2-4所示。波阵面在其法线方向上的位移速度称为波速。

受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增大的波称为压缩波，受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减小的波称为稀疏波或膨胀波，如图2-5、图2-6所示。

图2-4　横波和纵波

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图2-5　压缩波形成示意图

图2-6　稀疏波形成示意图

现假设活塞向右加速运动，在R0瞬时移至R1，活塞右边的气体被压缩，使区间R1—A1内的气体压力和密度都升高，A1点右边气体仍保持初始状态，因此，在该瞬时，波阵面在A1—A1处。假定活塞停在R1处，则至瞬时t2，由于压力差的存在，造成气体继续由高压向低压区运动，波阵面由A1—A1移至A2—A2。随着时间的推移，波阵面在气缸中逐层向右传播，形成压缩波。

如果在瞬时t0，活塞处于R0，缸内压力p0，活塞不是向右运动，而是向左移动，则缸内气体发生膨胀。在瞬时t1，活塞从R0向左移至R1，原来在附近的气体移动到R0—R1区间，使邻近R0右边气体的压力和密度都下降，该瞬间的波阵面在A1—A1。假定活塞停在R1处，则至瞬时t2，由于气缸内存在压力差，所以A1—A1右边的高压气体要继续向R1方向移动，使邻近面气体压力和密度下降，波阵面由A1—A1移至A2—A2。这种压力和密度持续衰减的传播就形成了稀疏波。