声波的马赫锥

水面的马赫锥——快艇尾迹

磁场的艏波

电磁波的马赫锥与艏波——切连科夫辐射

定义：当波源运动速度高于波速时，波面的包络面呈圆锥状，称为马赫锥（mach cone)

声波的马赫锥

当一个微弱的点扰源(如尖头弹丸的顶尖)以超声速在大气中运动或位于超声速匀直流中时，存在一个以点扰源为顶点、把空间分为扰动区和未扰动区的锥面，称为马赫锥，锥的半顶角称为马赫角。它是奥地利物理学家E.马赫于1887年在分析弹丸扰动的传播图形时首先提出的，因而得名。

微弱扰动使气体的速度、压强、密度和温度等发生微小的变化，并以声速相对于气体而传播。马赫锥的形成可用点扰源的运动来说明 。若点扰源以超声速v在空气中作等速直线运动，则一秒钟后,扰源由A点（经B、C点）到达D点,走过的距离等于v。这时，在A点产生的扰动扩展到以A点为中心、速度c为半径的球面上。由于v>c,故D点在以A为中心的圆外。扰源于B、C等点产生的扰动，也分别扩展到相应的球面上。马赫锥就是以直线DE为母线的锥面，这个锥面就是那些球面的包络面。锥面的半顶角为马赫角(μ=arc sin)。随着扰源向前运动，马赫锥也作为一个波面往前传播，故有时也称马赫波。若取随扰源运动的相对坐标系，则成为定常超声速流中的马赫锥。对于二维平面流动，马赫锥退化为两条直线，称为马赫线。若扰源以亚声速运动，则产生的扰动可传到扰源之前，因而不形成马赫锥。

水面的马赫锥——快艇尾迹

如图，快艇在水面上行进时留下了一条痕迹。半顶角α=19.5°左右。严格说来，它与声波的马赫锥原理不同，这是色散形成的。

磁场的艏波

地球在太阳风中航行，地磁场被压缩成流线型，于是，像快艇在水面上一样，地球也产生艏波

艏波波前称为磁层顶

电磁波的马赫锥与艏波——切连科夫辐射

虽然电磁波在真空中的传播速度c是自然界中最快的，但实物粒子在介质中却可能超过电磁波。当带电粒子在透明介质中超过那里的光速时，就会发出切连科夫辐射。它是电磁波的艏波。可以根据它测量高能带电粒子的速度。