Звук, в широком смысле – упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле – субъективное восприятие этих колебаний специальным органом чувств человека и других животных.
Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и частотой. Считается, что человек слышит звуки в диапазоне частот от 16 Гц до 25 000 Гц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком, выше до 1 МГц – ультразвуком, от 1 МГц до 10 МГц – гиперзвуком.
Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение – звуковым давлением.
Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например, с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц, давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие частицы, и область повышенного давления перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.
В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.
 

***

 

Математический анализ уравнений течения показывает, что если образуется некоторая совокупность следующих друг за другом волн сжатия, то происходит усиление головной волны, так как последующие волны догоняют ее и сливаются с ней. Образующаяся при этом интенсивная волна называется ударной, и ее свойства отличаются от свойств более слабых волн Маха. Так, последовательность волн разрежения не улавливается головной волной, и, следовательно, ударная волна всегда является волной сжатия.
Непосредственно за передней частью отсоединенной ударной волны всегда возникает область дозвукового течения. Здесь сверхзвуковой поток встречается с прямым скачком уплотнения, при переходе через который он преобразуется в дозвуковое течение. Если скачок уплотнения наклонен относительно направления течения, то при прохождении через косой скачок течение остается сверхзвуковым, однако число Маха за скачком уменьшается. Прямые скачки уплотнения часто возникают в сверхзвуковых течениях в трубах или при истечении сверхзвуковой струи в атмосферу.
Но все вышесказанное будет справедливым лишь при условии, что скорость полета самолета не превышает скорости звука, с которой распространяются возмущения. При этом они успевают обогнать крыло и передать команду воздуху расступиться. В результате воздух плавно обтекает крыло.
 

Когда какое-нибудь тело, например, крыло самолета, движется в воздушной среде, то оно создает вокруг себя возмущения этой среды. На деле это выражается в создании вокруг крыла волн разрежения и сжатия. Они как бы подготавливают находящиеся впереди слои воздуха к обтеканию крыла – частицы воздуха приобретают некоторую скорость и расступаются в стороны еще до того, как передняя кромка крыла их достигнет. Таким образом, самолет как бы прокладывает перед собой туннель, по которому потом и летит.
Процесс преодоления звукового барьера, когда число маха начинает превышать единицу, потребовал проведения длительных исследований. Ученые различными способами пытались снизить аэродинамическое сопротивление и «заставить» воздушные массы как можно более плавно обтекать крыло самолета. В наше время пилот, находящийся в кабине современного самолета, даже не замечает, когда его аппарат разгоняется настолько, что начинает превышать скорость звука. А вот летчикам 50-х гг. пришлось «хлебнуть лиха» – попытки получить при пикировании даже околозвуковую скорость на старых самолетах обычно заканчивались катастрофой – аппарат начинало бросать из стороны в сторону, он становился совершенно неуправляемым.