Densitetsvågor

Densitetsvågor är vågor där tätheten i ett medium varierar i rum och tid och där själva densitetsförändringarna sprider sig som en våg. Begreppet används inom flera områden, bland annat akustik, plasmafysik och astrofysik. Olika mekanismer kan skapa densitetsvågor, men gemensamt är att betingelser i mediet tillåter att små täthetsvariationer propagera snarare än att snabbt jämnas ut.

I vätskor och gaser är de oftast akustiska vågor, det vill säga ljudvågor. Små variationer i densitet och tryck färdas med ljudhastigheten c, som i ett idealgasrum ges av c = sqrt((∂P/∂ρ)_s). Vågor som färdas genom mediet uppvisar i fasen densitets- och tryckförändringar, och de dämpas gradvis av viskositet och värmeledning.

I stratifierade medier kan densitetsvågor bli interna gravitationsvågor där buoyancy fungerar som återställande kraft. Dessa vågor kännetecknas av frekvenser som beror på densitetsprofilen och stratifikationens stabilitet och kan färdas i olika riktningar beroende på stratifieringen. Lyftkraften fungerar som den återställande kraften i många fall.

I astrofysiken används begreppet densitetsvågor ofta för att beskriva vågor av ökad täthet i galaktiska skivor. Enligt densitetsvågsteorin kan spiralarmarna uppstå som långlivade vågor av förtätning: massan i stjärnor och gas svarar på en gravitationell störning och bildar mönster som kan vara relativt stationära medan enskilda stjärnor och gas rör sig genom dem. Teorin har utvecklats för att förklara spiralarmarnas struktur och stabilitet, men är föremål för fortsatt forskning och olika tolkningar.

Sammanfattningsvis är densitetsvågor ett centralt begrepp inom fysik, som beskriver hur små täthetsförändringar sprider sig i olika medier och avspeglar mediets fysik, såsom kompressibilitet, stratifikation och gravitationella krafter.