Для того чтобы объяснить явление ударной волны, необходимо привлечь
некоторые важные термодинамические понятия; одних механических
концепций для этого недостаточно. Так, например, необходимо
рассматривать внутреннюю энергию жидкости E(p, Т) даже тогда,
когда ее можно исключить из окончательных уравнений, как в случае
адиабатического течения, Эта величина входит в закон сохранения
энергии согласно формуле
Здесь pdV есть дифференциал работы при отсутствии внешних сил.
Совершенный
газ можно определить посредством уравнений Эйлера, термодинамического
уравнения состояния р = RT,
где
R — газовая постоянная, и формулы для внутренней энергии
Е = —
еще одна постоянная (удельная теплоемкость при постоянном
объеме).
Для изотермического течения Т = const и из соотношения р
= RT следует
формула (За) при q = 1. В случае адиабатического течения предполагается,
что теплота переносится только посредством конвенции (нет
ни теплопроводности, ни излучения); при этом имеем dQ = 0
в формуле (21). Для единичной массы (так что )
имеем тогда .
Тогда формула (21) дает в результате уравнение
Совершенную жидкость можно определить посредством уравнения
Эйлера и условия несжимаемости V = const (уравнение (Зб)).
Уравнения Рэнкина — Гюгонно.
Используя законы сохранения массы, количества движения и энергии„можно также
найти соотношение между значениями давления, плотности и температуры
р1, 1, T1
перед ударной волной и значениями тех же величин р2, 2,
Т2 за ударной волной. Например, для совершенного газа эти
величины зависят только от одного параметра — отношении давлений
Р = р2/р1 или
интенсивности скачка Р — 1. Тогда получим следующие равенства:
Парадокс обратимости, в силу которого можно было бы поменять
местами индексы 1 и 2 в предшествующих формулах и принять
Р<1, можно избежать, если привлечь второе начало термодинамики.
(В параграфе 13 принцип, согласно которому более плотные части
баротропных течений нагоняют менее плотные, приводит к такому
же заключению. Это следует из неравенства ,
которое в свою очередь следует из положительности величин
R и С, в силу физических соображений)
Соотношения для косых ударных волн можно легко вывести из соотношений для нормальных скачков уплотнения, используя подвижные оси.