Hydraulická analogie: šíření rovinné rázové vlny bude ekvivalentní šíření „rozpadající se vlny“. Jak ji vytvoříme? Stačí, když v části B bude malá výška vody a v části A větší. V rozšířené nádobě: nic, žádná voda vůbec. Příčný řez:
Vše je připraveno k pokusu. Rychle odstraníme přepážku v přehradě. Hmotná část barevné vody (např. zbarvené fluoresceinem) se rozplyne do kanálu směrem dolů. Dostaneme následující obrázek:
Co pozorujeme? Vznik rozpadající se vlny, kapalného vlnového frontu, který uvede do pohybu nebarvivou vodu. Avšak vlnový front se pohybuje rychleji než samotná voda.
Směrem dolů se začíná šířit rozšiřovací vlna, ale méně nárazová. Nejde o rázovou vlnu.
Krátce poté je situace následující:
Rozšiřovací vlna dosáhla dna „nádrže“. Vzdálenost mezi čistou vodou „poháněnou“ a pohybující se hladinou se zvětšila. Máme tedy použitelný proud, kde byla čistá voda uvedena do pohybu a její výška se tak zvýšila (hydraulická analogie tlaku v plynu). Můžeme tedy na tomto proudu „pracovat“. Později se rozšiřovací vlna odrazí od dna nádrže a rychle začne dohánět celý systém hladina-vlnový front.
Vidíme, že kdybychom ve stěně měli „pozorovací okénko“, viděli bychom během „doby proudu“ tento proud čisté vody, která by byla uvedena do pohybu. Celý jev lze vyčíst na „diagramu x,t“:
Zde máme věrnou analogii fungování „rázové trubice“. Stačí nahradit přehradu „vysokotlakou komorou“. Přepážka přehradního ústí, ovládaná ručně, bude měděný diaphragma, který se otevře, až bude dosažena dostatečná tlaková hladina (používáme spalovací komoru). Zkušební kanál se stane zkušební trubicí s konstantním průřezem, původně naplněnou argonem při nízkém tlaku (13 mm Hg). Rozšířená nádrž je jednoduchá vakuumová nádrž libovolného tvaru. Papírová přepážka bude nahrazena mylarovou membránou, která praskne, až do ní dorazí rázová vlna. Níže je schématický pohled na zařízení:
Délka vysokotlaké komory: 1,4 m. Průměr (stejný jako průměr zkušebního kanálu): 5,6 cm. Délka zkušebního kanálu: 6 m. Na spodní straně je červená měděná membrána, ztenčená řezem, která se otevře ve tvaru čtyř okvětních lístků, umožňující volný průchod spalovacím plynům. Vysokotlaká komora je naplněna směsí H2 + 1/2 O2 a heliem jako zředidlem. Rozšiřovací nádrž je jednoduchý odolný sud, do kterého lze vytvořit vakuum. Zařízení je kompletní s různými vývěvami, kladivovými (které jsou snadno dostupné použité a dosahují vakua pod 10–2 mm Hg (10–2 torr)), a s těsnými vývěvami. Přidáme baterii lahviček s vodíkem, kyslíkem, heliem a samozřejmě argonem.
Hořlavá plynná směs je zapálena systémem svíček připojených ke zdroji vysokého napětí. Protože tento systém generuje elektromagnetické rušení, celá vysokotlaká část je uzavřena v Faradayově kleci (dřevěné sloupky a měděná síť s roztečí 1 mm). Primitivní, ale účinné. Šest metrů argonu při nízkém tlaku se promění na komprimovaný plynový „kousek“ (1 bar) a horký (10 000 K) o délce několika desítek centimetrů. Následuje ihned „spálené plyny“, tedy směs vodní páry a helia.
To je celá část „teplé rázové trubice“.
V zkušebním kanálu, kde budou prováděny měření a samotný pokus (MHD), je průřez čtvercový (5 cm × 5 cm). Je tedy nutné vložit jemně obráběnou součástku, která umožní přechod z kruhového na čtvercový průřez:
„MHD trubice“ lze vyrobit z plexiskla (s lepenými částmi) nebo z laminovaného plastu (pevnost), vybavené kvalitní optickou okénkem. I když je teplota argonu vysoká, nezpůsobuje poškození trubice, protože doba proudu je velmi krátká (osmdesát miliontin sekundy).
Pro vytvoření příčného magnetického pole budeme používat dva cívky, uspořádané následovně:
Na následujícím obrázku byla jedna z cívek odstraněna, aby bylo vidět umístění modelu (lentikulární profil křídla):
Objem MHD trubice, včetně prostoru zabraného, je řádově jeden litr a magnetické pole, které má být vytvořeno, musí dosáhnout 20 000 gauss (2 tesly), takže musíme procházet cívkami velký proud (50 000 ampér). Takový proud má tendenci vybuchnout cívky, ne kvůli Jouleovu ohřevu, ale kvůli silám J × B působícím přímo v samotných vinutích. Budeme proto muset vybavit měděná vinutí nějakým „korzetem“, např. z skelné vlny, zalité aralditem.
Protože samotný MHD pokus trvá krátkou dobu, ekonomické řešení pro vytvoření takových proudů spočívá v použití baterie kondenzátorů, které se vybíjejí do cívky (oscilující výboj). Stačí synchronizovat celou soustavu tak, aby pokus (v okamžiku průchodu horkého argonového proudu) probíhal v době, kdy je magnetické pole B téměř stacionární (perioda výboje: 5 milisekund).
Následující obrázek: rázová trubice vybavená pro MHD pokusy, tak jak vypadala ve mých laboratořích v roce 1965.
Kondenzátory byly nabíjeny na 5 kV. Menší baterie kondenzátorů slouží pak ke zásobování elektrod modelu.
Problém: Jak přepínat proud 50 000 ampérů? Odpověď: Použitím starého lokomotivního ignitronu (navrženého pro přepínání 2000 ampérů, ale dostatečně odolného, aby vydrželo stovky pokusů s proudem 25krát vyšším). Ignitron je dobře znám odborníkům na výkonovou elektriku.