|
我們經(jīng)常能在公園及廣場上，看到有一些老大爺在甩鞭鍛煉身體，每一鞭子甩出去都能聽到“啪”的一聲，而且聲音還非常的響亮，所以有時(shí)候還會(huì)被投訴擾民，那為什么有這么大的聲音呢？
/ r% p; X2 q% L2 j' u
你仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，大爺們使用的這些鞭子尾部是很細(xì)很柔軟的，正常情況下振動(dòng)是不會(huì)發(fā)出這么大的聲音的，有那么大的聲音是因?yàn)槊恳淮嗡Ρ薜乃俣榷己芸欤歼_(dá)到了超音速，每一次甩鞭“啪”的一聲響就是鞭子尾部制造出了一次小小的音爆，厲害吧，所以你不要小瞧甩鞭子的老大爺，它們用小鞭子就能甩出超音速來。
B' `$ f3 R# N1 J: K
! c0 r. ]3 W' y' U$ |5 K z
! M9 b* L4 U5 R, R$ X
不管是聲音還是物體在空氣中傳導(dǎo)時(shí)都會(huì)受到阻力，使其產(chǎn)生震蕩就會(huì)形成一道屏障，并且傳遞速度也會(huì)逐漸衰減，這也被稱為音障。 而當(dāng)這個(gè)物體的速度足夠快，達(dá)到超音速時(shí)沖過這道屏障時(shí)，就相對于產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波一樣，我們耳朵就會(huì)聽到“啪”的爆炸聲，這就形成音爆了，并且有時(shí)還會(huì)同時(shí)伴隨出現(xiàn)一團(tuán)錐形云。 ; u& z* O8 v$ Z/ k* J( C; H
# f* d& ?$ _+ L5 G: T2 r3 f
圖片來源：pixabay 6 d0 q- U! o" A% u
音爆的由來我們知道聲音在空氣中傳播的速度是340m/s，而當(dāng)一個(gè)物體在空氣中超過了這個(gè)速度時(shí)這就是超音速。 4 A' a# H9 M4 j7 P2 Q
現(xiàn)在我們對音爆這種物理現(xiàn)象的了解，多是通過超音速飛機(jī)看到或聽到的，其實(shí)第一次音爆現(xiàn)象也是通過飛機(jī)實(shí)現(xiàn)的。 0 [. Q8 W" | H2 r6 }
在1947年美國人駕駛的X-1型飛機(jī)，以每小時(shí)1278公里的速度飛行時(shí)，在空中留下一團(tuán)云霧并且伴隨著一聲巨響，這是人類第一次突破音障，這個(gè)飛行員也是人類第一個(gè)將聲音拋在后面的人。
5 x7 W, r9 m, J/ W& b8 d1 v- l. W g/ U
4 t; Y! ~% P# x- V8 R/ x0 Q1 y o+ p9 O. k" |7 A1 a
音爆的原理當(dāng)我們往水中扔一個(gè)石頭時(shí)，水面就會(huì)出現(xiàn)一圈圈的波浪，這是因?yàn)樗矫姹粩_動(dòng)后出現(xiàn)的，而在空氣中被運(yùn)動(dòng)的物體擾動(dòng)也會(huì)形成波。 - o& Z2 v3 b1 C" B
聲音在空氣中就是以波浪的形式傳播的，你可以將聲波想象成從中心點(diǎn)發(fā)出的很多同心圓，而每個(gè)圓代表聲波的波浪。 3 y' H }% t. M9 n$ H, p5 g
- [( d- Q" Q& J
當(dāng)中心發(fā)聲源不動(dòng)時(shí)聲波的波浪圈就會(huì)對稱的傳遞下去，當(dāng)發(fā)聲源開始運(yùn)動(dòng)并且速度還相當(dāng)快，超過了前面已經(jīng)發(fā)出的聲波圈，前面的聲波圈就會(huì)被壓扁堆積，每一波會(huì)比前一波更快地到達(dá)，這種聲波壓縮的結(jié)果是聲音頻率的增加，這就好比朝你開來的車聲音越來越大，而離你遠(yuǎn)去的車聲音越來越低。 ; E- k; k; c% H* u' W' \' [$ i
以超音速飛機(jī)為例，當(dāng)它們在飛行時(shí)也會(huì)不斷地發(fā)出聲波，這些聲音來源于發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音和空氣阻力，這些聲音也跟其它發(fā)聲源一樣以同心圓的方式傳播，當(dāng)飛機(jī)的速度越快這些同心圓聲波就越接近，但是只要速度不超過340m/s，這些同心圓聲波就不會(huì)相互碰撞或者重疊，因?yàn)檫@些聲波能在后一個(gè)波到達(dá)時(shí)前一個(gè)波能擴(kuò)散開。 6 L8 x) E! u2 I0 {2 S. l
4 E( c/ ~. Z7 @$ c0 I6 f& {5 @* p1 p3 s
但是當(dāng)飛行速度超過聲速時(shí)飛機(jī)比聲波更快，飛機(jī)對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在飛機(jī)的前面壓縮積累猶如一道墻，當(dāng)突破這道墻時(shí)能量高度集中，這些能量傳到耳朵里時(shí)就會(huì)讓人感覺到短暫而強(qiáng)烈的爆炸聲，這就是音爆形成的原因。
; J) O* ?& Q. }8 @& j3 a% N. V. n" F3 y/ U/ Q+ J
音爆云
2 V( V. x0 U, z4 U* ^當(dāng)飛機(jī)加速到一定速度時(shí)不但能聽到音爆聲，還能在機(jī)尾看到錐形的云霧，看起來就好像給飛機(jī)穿上了白色的斗篷，但馬上又會(huì)消失得無影無蹤，物理學(xué)也稱這個(gè)為音爆云。 7 z& f9 W h5 u) C3 u& \( t2 j& t
5 B+ y2 _- T' U/ K3 s' H$ x1 R( c0 c+ {7 ~
當(dāng)飛機(jī)達(dá)到一定的速度時(shí)，機(jī)身周圍原本看不可見的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)變成液態(tài)，這是因?yàn)樵诓煌瑝毫ο滤畷?huì)出現(xiàn)固，液，汽三種不同的狀態(tài)。 0 ] r" P* K7 d. E1 h0 h x
在高空中氣壓小，水一般以水蒸氣的形態(tài)存在，當(dāng)飛機(jī)飛過時(shí)空氣被擠壓，壓力就會(huì)變大，就會(huì)將水蒸氣變成液態(tài)，就可以看到很多霧狀或者小水滴出現(xiàn)的畫面。 也就是說飛機(jī)瞬間加速到超音速，理論上時(shí)速超過1224千米就可能突破音障，周圍空氣被擠壓而讓氣壓升高出現(xiàn)音爆，讓機(jī)身周圍的水蒸氣從看不見的氣態(tài)瞬間變成看得見的液態(tài)或者固態(tài)，變成了蒸汽錐形云，就會(huì)出現(xiàn)這種音爆云。 & |, c% f" l# l/ S2 U- o
是否能看到這種音爆云，不一定完全取決于飛機(jī)的速度，也并不會(huì)完全與音爆同時(shí)出現(xiàn)，還取決于大氣濕度和大氣溫度。
+ t9 ^. e; ~7 g3 ~7 R, T
& h* d% [# E, r$ G7 J3 x, q圖片來源：pixabay & ]0 y5 I! V! i2 L
其實(shí)能在空氣中飛行速度達(dá)到超音速的不僅只有飛機(jī)，那么是不是都能產(chǎn)生音爆這種物理現(xiàn)象呢？ 我們知道子彈的速度很快，有的能夠超過1000m/s肯定比超音速飛機(jī)快多了，怎么沒有出現(xiàn)音爆現(xiàn)象。有下面兩種說法！
" B( M$ h# a8 j) [' R6 e$ K
這是因?yàn)樽訌椀倪\(yùn)動(dòng)模式并不是在空氣中加速達(dá)到這個(gè)速度的，子彈在外彈道口時(shí)速度是最快的，然后進(jìn)入空氣中后由于自身沒有加速的動(dòng)力，受到空氣摩擦以及地心引力的作用，速度會(huì)逐漸變慢，所以在子彈到達(dá)外彈道口的時(shí)候已經(jīng)突破了音速，而進(jìn)入空氣中會(huì)減速達(dá)到音速的，所以就不會(huì)產(chǎn)生音爆現(xiàn)象。 還有一種說法就是，子彈在射出的一瞬間是有音爆的，但與槍聲混合在一起，耳朵也是根本聽不出來的， 感覺兩種說法都有道理，但目前并沒有科學(xué)的實(shí)驗(yàn)去證實(shí)這個(gè)結(jié)果。
1 s- q+ { ?/ R3 y. A( ^ T+ h6 w+ R/ A
人類對速度的癡迷從發(fā)明輪子以來就在不斷的突破，從發(fā)明每小時(shí)行駛上百公里的汽車到每小時(shí)飛行上千公里的飛機(jī)，這些對速度的追求也帶來了如音爆和音爆云這樣震撼的物理現(xiàn)象。 1 }. y9 C% R8 _+ j/ h Q+ }& C$ j2 ~
現(xiàn)在通過科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，在幾億年前就有一些長尾恐龍它們的甩尾速度就已經(jīng)超過了音速，達(dá)到了超音速，那這些恐龍有可能就是地球上最早達(dá)到超音速的物種了；還有公園里甩鞭子產(chǎn)生的音爆，也有可能是第一個(gè)突破音爆的人造物品，那么這些甩鞭子的大爺應(yīng)該算是第一類能熟練掌握音爆技術(shù)的人群，真是厲害了我的大爺！ ! s7 u9 \ {9 g W. S4 y
| 
發(fā)表于 2022-11-3 14:43:45
QQ好友和群
QQ空間
