Гидравлический удар

Трубы в квартире иногда трясёт глухим стуком — стоит резко закрыть кран. Это гидравлический удар: столб воды, катившийся по трубе, не может остановиться мгновенно, и вся его кинетическая энергия собирается в волну давления. Жидкость почти несжимаема, но «почти» здесь решает всё: упругая волна бежит по трубе со скоростью около $1400$ м/с, фронт останавливает воду, как стена, — и давление подскакивает до величин, способных разорвать стык.

Скачок давления считает формула Жуковского: $\Delta p=\rho c\Delta v$. Для воды в стальной трубе $c\approx 1400$ м/с, и остановка потока на $1$ м/с поднимает давление на $1,4$ МПа — почти четырнадцать атмосфер. Волна ходит туда-обратно с фазой $T=2L/c$: для магистрали длиной $100$ м это $0,14$ с. Если вентиль закрывается медленнее фазы, отражённая волна успевает вернуться и гасит пик. Волновая механика — в материале волновое уравнение, упругие волны — в уроке волны и звук, запас импульса — в импульс и сохранение.