Ακουστικό Ανάλογο Μελανών Οπών

Σχετικά έγγραφα
Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Μηχανική των Ρευστών Ι Ακαδ. Έτος Άσκηση 2, Καθηγητής Σ. Τσαγγάρης ΑΣΚΗΣΗ 2

website:

( ) Κλίση και επιφάνειες στάθµης µιας συνάρτησης. x + y + z = κ ορίζει την επιφάνεια µιας σφαίρας κέντρου ( ) κ > τότε η

Κεφάλαιο M4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις

p = p n, (2) website:

Προσεγγιστικός υπολογισµός άνωσης και επαγόµενης αντίστασης µε θεωρία φέρουσας γραµµής.

( ) Κλίση και επιφάνειες στάθµης µιας συνάρτησης. x + y + z = κ ορίζει την επιφάνεια µιας σφαίρας κέντρου ( ) κ > τότε η

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗΣ

ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Αστροφυσική. Ενότητα # 1 (Εισαγωγική): Εισαγωγή στη Ρευστομηχανική. Νικόλαος Στεργιούλας Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Πόσο απέχουν; Πόση είναι η µετατόπιση του καθενός; O.T.

2. Στο ηλιακό στέµµα η ϑερµότητα διαδίδεται µε αγωγιµότητα και η ϱοή ϑερµικής ενέργειας (heat flux)είναι

ΚΥΜΑΤΙΚΗ-ΟΠΤΙΚΗ 1. Σχήµα 1 Σχήµα 2

ΦΥΣ. 111 Κατ οίκον εργασία # 1 - Επιστροφή 19/09/2017. Οι ασκήσεις στηρίζονται στα κεφάλαια 1 και 2 των βιβλίων των Young και Serway

10. Παραγώγιση διανυσµάτων

Κύµα µε αρχική φάση. αυτή είναι και η µόνη περίπτωση που περιγράφει το σχολικό βιβλίο και συνεπώς η πλειοψηφία των περιπτώσεων που µελετάµε. max.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Φεβρουάριος 2004

i) Σε κάθε πλήρη περιστροφή το κινητό Α διαγράφει τόξο ίσου µήκους µε το τόξο που διαγράφει το κινητό Β

Καρτεσιανό Σύστηµα y. y A. x A

Σχολή E.Μ.Φ.Ε ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ (ΚΥΜΑΤΙΚΗ) Κανονικές Εξετάσεις Χειµερινού εξαµήνου t (α) Αν το παραπάνω σύστηµα, ( m, s,

Καµπύλες στον R. σ τελικό σηµείο της σ. Το σ. σ =. Η σ λέγεται διαφορίσιµη ( αντιστοίχως

Για τις παρακάτω ερωτήσεις 2-4 να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Kεφάλαιο 4. Συστήµατα διαφορικών εξισώσεων.

Κεφάλαιο 2 ο Ενότητα 1 η : Μηχανικά Κύματα Θεωρία Γ Λυκείου

Περιεχόμενα. Εξίσωση Συνέχειας Αστρόβιλη Ροή Εξισώσεις Κίνησης. Σειρά ΙΙ 2

ΣΕΜΦΕ ΕΜΠ Φυσική ΙΙΙ (Κυματική) Διαγώνισμα επί πτυχίω εξέτασης 02/06/2017 1

Είδη κυµάτων. Ηλεκτροµαγνητικά κύµατα. Σε κάποιο φυσικό µέσο προκαλείται µια διαταραχή. Το κύµα είναι η διάδοση της διαταραχής µέσα στο µέσο.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

11. Η έννοια του διανύσµατος 22. Πρόσθεση & αφαίρεση διανυσµάτων 33. Βαθµωτός πολλαπλασιασµός 44. Συντεταγµένες 55. Εσωτερικό γινόµενο

ΤΡΟΧΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑ ΘΕΣΗΣ. t 1 (x 1,y 1 ) Η αρχή ενός οποιουδήποτε ορθογωνίου xy συστήματος συντεταγμένων

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα. Γ.1 Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΥ ΛΟΓΙΣΜΟΥ

u u u u u u u u u u u x x x x

Παρουσίαση 1 ΙΑΝΥΣΜΑΤΑ

Μηχανική ΙI Ροή στο χώρο των φάσεων, θεώρηµα Liouville

Υδροδυναμικές Ροές και Ωστικά Κύματα

Μπερδέματα πάνω στην κεντρομόλο και επιτρόχια επιτάχυνση.

400 = t2 (2) t = 15.1 s (3) 400 = (t + 1)2 (5) t = 15.3 s (6)

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ η ΕΡΓΑΣΙΑ. Προθεσµία παράδοσης 11/11/08

Α. Ροπή δύναµης ως προς άξονα περιστροφής

Κλασικη ιαφορικη Γεωµετρια

ds ds ds = τ b k t (3)

ΚΥΜΑΤΙΚΗ - ΟΠΤΙΚΗ 148

ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΙΑΝΥΣΜΑΤΟΣ

website:

ÖÑÏÍÔÉÓÔÇÑÉÏ ÊÏÑÕÖÇ ÓÅÑÑÅÓ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΘΕΜΑ Α ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 19 ΜΑΪΟΥ 2010 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ποια μπορεί να είναι η κίνηση μετά την κρούση;

Υποστηρικτικό υλικό για την εργασία «Πειραματική διάταξη για τη μελέτη της ροής ρευστού σε σωλήνα» του Σπύρου Χόρτη.

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κύµατα - Φαινόµενο Doppler Ενδεικτικές Λύσεις Σάββατο 17 εκέµβρη 2016 Θέµα Α

Υδροδυναμική. Περιγραφή της ροής Μορφές ροών Είδη ροών Εξίσωση συνέχειας Εξίσωση ενέργειας Bernoulli

φ(rad) t (s) α. 4 m β. 5 m α. 2 m β. 1 m

Στάσιµο σε χορδή µε ακλόνητα άκρα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Τρισδιάστατες κινήσεις

Η Επιτάχυνση. η τα- χύτητά του ( Σχήμα 1 ). Από τον ορισμό της ταχύτητας θα ισχύει (3)

1 f. d F D x m a D x m D x dt. 2 t. Όλες οι αποδείξεις στην Φυσική Κατεύθυνσης Γ Λυκείου. Αποδείξεις. d t dt dt dt. 1. Απόδειξη της σχέσης.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΟΜΕΑΣ ΟΜΟΣΤΑΤΙΚΗΣ & ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ ΘΕΩΡΙΑ ΚΕΛΥΦΩΝ. Καθ. Βλάσης Κουµούσης

Κεφάλαιο 3 Κίνηση σε 2 και 3 Διαστάσεις

4 Συνέχεια συνάρτησης

Θετικό σηµειακό φορτίο q βρισκεται σε απόσταση D από το κέντρο µιας κοίλης µεταλλικής σφαίρας ακτίνας R (R<D), η οποία είναι προσγειωµένη.

Εισαγωγή στην Αστρόβιλη Άκυκλη Ροή

1. ** Αν F είναι µια παράγουσα της f στο R, τότε να αποδείξετε ότι και η

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΤΑ ΚΥΜΑΤΑ(μέχρι ΗΜ) Διάρκεια 90 min

< F ( σ(h(t))), σ (h(t)) > h (t)dt.

Στροφορµή. υο παρατηρήσεις: 1) Η στροφορµή ενός υλικού σηµείου, που υπολογίζουµε µε βάση τα προηγούµενα, αναφέρεται. σε µια ορισµένη χρονική στιγµή.

Θέµατα Μαθηµατικών Θετικής Κατεύθυνσης Β Λυκείου 1999

ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Κεφάλαιο T3. Ηχητικά κύµατα

2-1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2-2 ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

2.1 Τρέχοντα Κύµατα. Οµάδα.

Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήµιο Ενδεικτικές Λύσεις Θεµάτων Τελικών εξετάσεων στη Θεµατική Ενότητα ΦΥΕ34. Ιούλιος 2008 KYMATIKH. ιάρκεια: 210 λεπτά

L = T V = 1 2 (ṙ2 + r 2 φ2 + ż 2 ) U (3)

ΑΡΧΗ 1ης ΣΕΛΙΔΑΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΑΞΗ : Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ : ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2015 ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ : 7

Π Ο Λ Ι Τ Ι Κ Α Κ Α Ι Σ Τ Ρ Α Τ Ι Ω Τ Ι Κ Α Γ Ε Γ Ο Ν Ο Τ Α

ÁÎÉÁ ÅÊÐÁÉÄÅÕÔÉÊÏÓ ÏÌÉËÏÓ

ΦΥΕ34 Λύσεις 6 ης Εργασίας Ασκήσεις

όπου Μ η µάζα της Γης την οποία θεωρούµε σφαίρα οµογενή, G η παγκόσµια σταθερά της βαρύτητας και L!

ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Ι. 1. Γ

ΦΥΣ Διαλ.33 1 KYMATA

11 η Εβδομάδα Δυναμική Περιστροφικής κίνησης. Έργο Ισχύς στην περιστροφική κίνηση Στροφορμή

Ακρότατα υπό συνθήκη και οι πολλαπλασιαστές του Lagrange

Ασκήσεις σε στάσιµα κύµατα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. Ροπή και Στροφορµή Μέρος πρώτο

NTÙÍÉÏÓ ÃÊÏÕÔÓÉÁÓ - ÖÕÓÉÊÏÓ

ιαγώνισµα Γ Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κύµατα - Φαινόµενο Doppler Ενδεικτικές Λύσεις Θέµα Α

µε το µέτρο του µεγέθους. ii. Στη γλώσσα που χρησιµοποιούµε στην καθηµερινή µας ζωή ορίζουµε ως µέση ταχύτητα το

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. Κεντρικές υνάµεις. 1. α) Αποδείξτε ότι η στροφορµή διατηρείται σε ένα πεδίο κεντρικών δυνάµεων και δείξτε ότι η κίνηση είναι επίπεδη.

(x(x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2,y(x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2,z(x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2) =0 x y z. div A =0

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος. Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟN ΑΘΗΝΩΝ,,

Εξισώσεις για αρμονικά μεταβαλλόμενες ακουστικές ποσότητες

{ } S= M(x, y,z) : x= f (u,v), y= f (u,v), z= f (u,v), για u,v (1.1)

11. Η έννοια του διανύσµατος 22. Πρόσθεση & αφαίρεση διανυσµάτων 33. Βαθµωτός πολλαπλασιασµός 44. Συντεταγµένες 55. Εσωτερικό γινόµενο

Αρµονικοί ταλαντωτές

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

Κεφάλαιο 5 ΔΙΔΙΑΣΤΑΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενα αυτόνομο δυναμικό σύστημα δύο διαστάσεων περιγράφεται από τις εξισώσεις

Transcript:

Ακουστικό Ανάλογο Μελανών Οπών

ιάδοση ηχητικών κυµάτων σε ρευστά. Ηχητικά κύµατα σε ακίνητο ρευστό. Εξίσωση συνέχειας: ρ t + ~ (ρ~v) =0 Εξίσωση Euler: ~v t +(~v ~ )~v = 1 ρ ~ p ( ~ Φ +...) Μικρές διαταραχές: p = p 0 + p 1, ρ = ρ 0 + ρ 1,~v = ~v 0 + ~v 1 Έχουµε υποθέσει όµως ότι οι διαταραχές είναι µικρές και το ρευστό ακίνητο. Αυτό σηµαίνει ότι τα γινόµενα ανάµεσα σε όρους διαταραχών θα τα θεωρούµε µηδενικά και ότι: ~v 0 =0

Αν αντικαταστήσουµε τις διαταραγµένες ποσότητες µέσα στις εξισώσεις µας θα πάρουµε τις εξισώσεις για τις διαταραχές: ρ1 t + ρ 0 ~ ~v 1 =0 ~v 1 t + 1 ρ 0 ~ p1 =0 Χρειαζόµαστε ακόµα µία εξίσωση για να ολοκληρώσουµετοσύστηµα των εξισώσεων. Γενικά θα θεωρήσουµε ότι οι διαδικασίες στο ρευστό µας είναι αδιαβατικές και ότι το ρευστό µας είναι βαροτροπικό, δηλαδή ότι οι µεταβολές γίνονται υπό σταθερή εντροπία και η πίεση είναι συνάρτηση της πυκνότητας. Έτσιαπότοθεώρηµα Ta ylor µπορούµεναδείξουµεότιθα ισχύει: p 1 =( p ρ ) sρ 1

Εξίσωση συνέχειας p 1 t + ρ 0( p ρ ) s ~ ~v 1 =0 Εξίσωση Euler ~v 1 t + 1 ρ 0 ~ p1 =0 Γενικά θα υποθέσουµε ότι το ρευστό µας είναι αστρόβιλο. Αυτό σηµαίνει ότι µπορούµεναγράψουµε το πεδίο της ροής και τις διαταραχές του ως βαθµίδες κάποιου δυναµικού. ~ v 1 =0 ~v 1 = ~ ψ ΈτσιαπότηνεξίσωσητουEuler θα πάρουµε: p 1 = ρ 0 ψ t Και από την εξίσωση συνέχειας: όπου: ( p ρ ) s = c 2 2 ψ t 2 ( p ρ ) s 2 ψ =0

Η παραπάνω κυµατική εξίσωση περιγράφει το ανάλογο της διάδοσης Η/Μκυµάτων σε επίπεδο χώρο. Μία ειδική κατηγορία λύσεων αυτής της κυµατικής εξίσωσης είναι τα επίπεδα κύµατα. ψ = ae i(ωt ~ k ~r) όπου η ποσότητα ωt ~ k ~r = φ είναι η φάση του κύµατος. Το χαρακτηριστικό αυτών των κυµάτων εί ναι ότι οι επιφάνειες σταθερής φάσης στα διάφορα στιγµιότυπα είναι επίπεδα. Τα κύµατα αυτά διαδίδονται κάθετα στα επίπεδα σταθερής φάσης, δηλαδή πά νω σε ευθείες τροχιές (ακτίνες) στην διεύθυνση του κυµατανύσµατος. Αν εισάγουµε την εξίσωση του επίπεδου κύµατος στην κυµατική εξίσωση, τότε θα πάρουµετηνσχέση: ~k ~k ω2 c 2 =0 Που µπορείναθεωρηθείωςοορισµός του φωτοειδούς κυµατανύσµατος k a =( ω c, ~ k)

Γενικά ένα ακουστικό κύµα δεν θα είναι επίπεδο. Μπορούµε όµως να κάνουµετηνγεωµετρική προσέγγιση. ηλαδή να θεωρήσουµε ότι το κύµα τοπικά συµπεριφέρεται ως επίπεδο και δεν αλλάζει σηµαντικά η διεύθυνση διάδοσής του σε αποστάσεις της τάξης του µήκους κύµατος. Στα πλαίσια της γεωµετρικής προσέγγισης µπορούµεναθεωρήσουµε ότι η φάση µπορεί να περιγραφεί από το ανάπτυγµα: φ = φ 0 + ~r ~ φ + t φ t όπου ~k = ~ φ ω = φ και t Βλέπουµε πάλι λοιπόν ότι τα κύµαταθαδιαδίδονταικάθεταστις επιφάνειες σταθερής φάσης κατά µήκος του κυµατανύσµατος. Η περιγραφή αυτή είναι ανάλογη µε την κίνηση σωµατιδίων σε δυναµικό όπως περιγράφεται από την εξίσωση Hamilton-Jacobi όπου η φάση παίζει το ρόλο της δράσης, το κυµατάνυσµα τορόλοτηςορµής και το ω το ρόλο της Χαµηλτονιανής.

Ηχητικά κύµατα σε κινούµενο ρευστό. ~v 0 6=0 Εξίσωση συνέχειας: ρ t + ~ (ρ~v) =0 Εξίσωση Euler: ~v t +(~v ~ )~v = 1 ρ ~ p ~ Φ Με τη βοήθεια της ταυτότητας ~ (a ~b) =(~a ~ )~b +(~b ~ )~a + ~a ( ~ ~b)+~b (~ ~a) η εξίσωση του Euler παίρνει τη µορφή: ~v t = ~v (~ ~v) 1 ρ ~ p ~ ( 1 2 v 2 + Φ)

Επειδή το ρευστό µας είναι αστρόβιλο και βαροτροπικό µπορούµε να ορίσουµετιςποσότητες: ~v = ~ ψ και ~ h = ~ p ρ όπου h είναι η ειδική ενθαλπία. ΗεξίσωσηςτουEuler µετά την εισαγωγή των παραπάνω ποσοτήτων θα πάρει τελικά την µορφή: ψ t = 1 2 ( ~ ψ) 2 + h + Φ Θεωρούµετώραδιαταραχέςτηςµορφής: p = p 0 + p 1, ρ = ρ 0 + ρ 1, ψ = ψ 0 + ψ 1,~v = ~v 0 + ~v 1 Από τον ορισµό της η ενθαλπία θα είναι συνάρτηση της πίεσης και άρα για τη διαταραχή της θα έχουµε: h(p 0 + p 1 )=h 0 +( h p ) p 0 p 1 όπου ( h ) p p 0 = 1 ρ 0 αφού dh = dp ρ

Έτσι οι εξισώσεις για τις διαταραχές θα είναι: Εξίσωση συνέχειας ρ 1 t + ~ (ρ 0 ~v 1 + ρ 1 ~v 0 )=0 Εξίσωση Euler ψ 1 t = p 1 ρ 0 ~v 0 ~ ψ 1 Επειδή το ρευστό είναι βαροτροπικό µπορούµεναεκφράσουµετην πυκνότητα ως συνάρτηση της πίεσης ρ 1 =(( p ρ ) s) 1 p 1 = c 2 p 1 Και από τον συνδυασµό των δύο τελευταίων εξισώσεων θα πάρουµε ρ 1 = c 2 ρ 0 ( ψ 1 t + ~v 0 ~ ψ 1 )

Τελικ ά εισάγο ντας την εξίσωση που προέκυψε από την εξίσωση του Euler στην εξίσωση που προέκυψε από την εξίσωση συνέχειας θα πάρουµε t (c 2 ρ 0 ( ψ 1 t + ~v 0 ~ ψ 1 )) + ~ (ρ 0 ~ ψ 1 c 2 ρ 0 ~v 0 ( ψ 1 t + ~v 0 ~ ψ 1 )) = 0 Αυτή η εξίσωση απλοποιείται δραµατικά αν ορίσουµε τον πίνακα µ f µν ρ 0 1 u j 0 c 2 u i 0 (c 2 δ ij u i 0u j 0) και παίρνει τηνµορφή µ (f µν ν ψ 1 )=0 όπου x µ (t, x i ) Σε ένα καµπύλο χώρο, η κυµατική εξίσωση για ένα βαθµωτό πεδίο έχει τη µορφή µ ( gg µν ν ψ)=0

Ησύγκρισητωνδύοεξισώσεωνµας υποδεικνύει να ορίσουµετηνµετρική του χώρου στον οποίο θα διαδίδονται τα κύµατα από την εξίσωση gg µν = f µν Τελικά η µετρική του γεωµετρικού ανάλο γου θα έχει τη µορφή µ (c g µν ρ 2 v 2 ) u j c u i δ ij ds 2 = g µν dx µ dx ν = ρ c ( (c 2 v 2 )dt 2 2u i dx i dt + δ ij dx i dx j ) και ηκίνηση του ηχητικού κύµατος θα γίνεται πάνω στις φωτοειδείς γεωδαισιακές αυτού το χωρόχρονου.

Αυτό σηµαίνει ότι οι τροχιές των ηχητικών κυµάτων θα ικανοποιούν τη σχέση (c 2 v 2 )dt 2 2u i dx i dt + δ ij dx i dx j =0 που πρακτικά είναι ισοδύναµο µετο ναπούµε πως η ταχύτητα της διαταραχής θα έχει την ταχύτητα του ήχου στο σύστηµα αναφοράς της ροής του ρευστού d~x dt = c~n + ~v ~n ~n 2 =1 όπου το διάνυσµα είναι ένα µοναδιαίο διάνυσµα, στη διεύθυνση διάδοσης της διαταραχής.

Παραδείγµατα ανάλογων ροών. Ροή από δυναµικό ψ = Aln(r) Το πεδίο της ροής όπως προκύπτει από το παραπάνω δυναµικό θα είναι ~v = ~ ψ = A r ˆr που όπως βλέπουµε είναι ακτινικό και άρα οι γραµµές ροής θα είναι ευθείες µε ακτινική διεύθυνση. Αν επι λέξουµε γιατησταθεράα την τιµή 1 και θεωρήσουµεκαι ότι η ταχύτητα του ήχου είναι ίση µετηµονάδα, τότε βλέπουµεότιυπάρχει µία περιοχή για την οποία η ταχύτητα της ροής είναι u 2 >c 2

Η περιοχή αυτή βρίσκεται µέσα από την κόκκινη καµπύλη και πρακτικά είναι το ανάλογο της εσωτερικής από τον ορίζοντα περιοχής µίας µελανής οπής. Στο διπλανό σχήµα βλέπουµετιςγραµµές ροής, τον ορίζοντα και τις καµπύλες σταθερής ταχύτητας. Τα διανύσµατα δείχνουν τις διευθύνσεις προς τις οποίες θα κινηθεί µια διαταραχή από τα διάφορα σηµεία της ροής. Βλέπουµεότιαπότον ορίζοντα και µέσα οι διαταραχές δεν µπορούν να διαδοθούν προς τα έξω.

Στα πλαίσια της υδροδυναµικής, στο εσωτερικό του ορίζοντα, οι τροχιές των διαταραχών περιγράφονται από τις χαρακτηριστικές καµπύλες. Υπάρχου ν δύο οικογένειες χαρακτηριστικώνπου περιγράφουν τις διαταραχές που κινούνται προς τα έξω και προς τα µέσα. Τα σηµεία τοµής των χαρακτηριστικώνορίζουν τους κώνους Mach που είναι το ανάλογο των κώνωνφωτός. Όπως βλέπουµε στο σχήµα όλοιοικώνοιmach δείχνουν προς τα µέσα.

Στη γεωµετρική περιγραφή µπορούµε να ορίσουµε τις φωτοειδείς διευθύνσεις και να κ ατασκευάσουµεχωροχρονικάδιαγράµµατα που να δείχνουν τις τροχιές των ηχητικών κυµάτων. Συγκεκριµένα µπορούµε να ορίσουµετιςκαµπύλες du = dt dw = dt + dr c+υ(r) dr c υ(r) οι οποίες έχουν ως εφαπτόµενα φωτοειδή διανύσµατα. Αυτές οι καµπύλες ορίζουν το σύστηµα τωνφωτοειδών συντεταγµένων. Στο σχήµαβλέπουµετις εξερχόµενες και τις εισερχόµενες φωτοειδείς τροχιές και τον ορίζοντα. Οι τοµές των τροχιών ορίζουν κώνους φωτός.

Το ενδιαφέρον µε τα υδροδυναµικά ανάλο γα εί ναι ότι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την κατασκευή και δυναµικών χωροχρονικών µοντέλων. Στο σχήµα φαίνεται ένα µοντέλο δηµιουργίας µίας µελανής οπής. Εδώ παρουσιάζονται εκτός από τον ορίζοντα γεγο νότων και ένας φαινόµενος ορίζοντας.

Ροή από δυναµικό ψ = Aln(r)+Bθ Το πεδίο της ροής όπως προκύπτει από το παραπάνω δυναµικό θα είναι Aˆr+B ˆθ ~v = ~ ψ = r Τοπεδίοαυτόείναιτοπεδίοενόςστροβίλου. Αν επιλέξουµε γιατησταθεράα την τιµή 1 και για τη σταθερά Β την τιµή -1, τότε βλέπουµεότιυπάρχειµία περιοχή για την οποία η ταχύτητα της ροής είναι υ 2 >c 2 και µίαπεριοχήγιατηνοποίαηακτινικήσυνιστώσατηςταχύτηταςτης ροής είναι υ r >c

Η περιοχή όπου το µέτρο της ταχύτητας ροής είναι µεγαλύτερο από την ταχύτητα του ήχου ορίζει την εργόσφαιρα κατ αναλογία µετηνγεωµετρία τύπου Kerr. Ηπεριοχήόπουη ακτινική συνιστώσα εί ναι µεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου ορίζει τον ορίζοντα γεγο νότων.

Χαρακτηριστικές της ροής στροβίλου.