Una onda de choque es un frente estrecho y aproximadamente discontinuo en un fluido compresible donde las propiedades del flujo (presión, temperatura, densidad, velocidad) cambian bruscamente y la entropía aumenta; se propaga más rápido que las pequeñas perturbaciones aguas arriba y convierte la energía cinética en energía interna de forma irreversible.

Principio

El comportamiento de las ondas de choque está gobernado por las leyes de conservación a través de una discontinuidad (masa, momento, energía) y las relaciones de salto de Rankine–Hugoniot; la intensidad y orientación del choque dependen del número de Mach aguas arriba y de la geometría, mientras que la viscosidad y la transferencia de calor determinan el espesor del choque sin alterar las condiciones ideales de salto.

Demostración

Un choque normal en una sección de un túnel de viento supersónico reduce el número de Mach de >1 a <1, produciendo un aumento súbito de la presión y la temperatura estáticas y una pérdida medible de presión total aguas abajo; la traza de presión muestra un escalón abrupto acorde con las condiciones teóricas de salto.

Aplicación incorrecta

Tratar un choque como una compresión isentrópica o asumir que el espesor y la disipación del choque son despreciables en análisis de interacción con la capa límite conduce a subestimar el calentamiento, la separación y la pérdida de presión total.

Consecuencia

Identificar correctamente los choques permite predecir la resistencia de onda, el calentamiento localizado, la posible separación de la capa límite y la pérdida irreversible de presión total, información clave para límites térmicos estructurales, diseño de tomas de aire y eficacia de superficies de control.

Inversión

Un abanico de expansión (Prandtl–Meyer) es lo contrario cinemáticamente: una serie continua de ondas sencillas centradas que disminuyen la presión y la temperatura mientras aceleran el flujo, conservando condiciones isentrópicas en el límite de gas ideal.

Límite

Las ondas de choque aparecen solo en flujos compresibles donde el número de Mach local alcanza o supera la unidad; las ondas compresivas débiles a Mach muy bajo permanecen casi lineales y no forman choques; las ondas de choque se distinguen de las detonaciones, que implican reacciones químicas.

Tensión semántica

El término onda de choque puede confundirse con onda sonora o pulso de presión; a diferencia de las ondas acústicas lineales, los choques son no lineales, disipativos y conllevan producción de entropía; en presencia de química se suelen confundir con detonaciones.

Síntesis

Una onda de choque es la discontinuidad compresiva estrecha e irreversible en un fluido compresible, prevista por las leyes de conservación y las relaciones de salto; representa una conversión rápida de energía cinética en energía interna con consecuencias prácticas sobre la resistencia, el calentamiento y el control del flujo.