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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，所以有時候還會被投訴擾民,，那為什么有這么大的聲音呢,？ - O3 q9 v: p$ l
你仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn),，大爺們使用的這些鞭子尾部是很細(xì)很柔軟的，正常情況下振動是不會發(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�,，都達(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,。
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( n' V0 u( i5 q, h3 G# `不管是聲音還是物體在空氣中傳導(dǎo)時都會受到阻力,，使其產(chǎn)生震蕩就會形成一道屏障，并且傳遞速度也會逐漸衰減,，這也被稱為音障,。 而當(dāng)這個物體的速度足夠快，達(dá)到超音速時沖過這道屏障時,，就相對于產(chǎn)生一個強(qiáng)烈的沖擊波一樣,，我們耳朵就會聽到“啪”的爆炸聲,，這就形成音爆了，并且有時還會同時伴隨出現(xiàn)一團(tuán)錐形云,。
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+ n( O' ]0 |& J9 y: K$ R圖片來源：pixabay
6 l7 E( h5 X- H7 w4 ^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)一個物體在空氣中超過了這個速度時這就是超音速。 - w/ j' ~% {: w* l- h1 c
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。 : Y: B, ^8 c S! d) F7 z. ~5 m
在1947年美國人駕駛的X-1型飛機(jī),，以每小時1278公里的速度飛行時,，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,，這個飛行員也是人類第一個將聲音拋在后面的人,。
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' z. Z7 C6 Y1 j% x* O( @! H/ E+ a S- k- d音爆的原理當(dāng)我們往水中扔一個石頭時，水面就會出現(xiàn)一圈圈的波浪,，這是因?yàn)樗矫姹粩_動后出現(xiàn)的,，而在空氣中被運(yùn)動的物體擾動也會形成波。 $ V" G2 y1 H( _' K8 Y, l, s$ U
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,，而每個圓代表聲波的波浪。
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當(dāng)中心發(fā)聲源不動時聲波的波浪圈就會對稱的傳遞下去,，當(dāng)發(fā)聲源開始運(yùn)動并且速度還相當(dāng)快,，超過了前面已經(jīng)發(fā)出的聲波圈，前面的聲波圈就會被壓扁堆積,，每一波會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,。
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以超音速飛機(jī)為例，當(dāng)它們在飛行時也會不斷地發(fā)出聲波,，這些聲音來源于發(fā)動機(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相互碰撞或者重疊，因?yàn)檫@些聲波能在后一個波到達(dá)時前一個波能擴(kuò)散開,。
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但是當(dāng)飛行速度超過聲速時飛機(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)突破這道墻時能量高度集中,，這些能量傳到耳朵里時就會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。
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' ~2 f% @1 U9 _/ ?2 m. t" |3 j; I音爆云( h8 E' k5 }* M/ L' x# k8 b2 T
當(dāng)飛機(jī)加速到一定速度時不但能聽到音爆聲,，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，但馬上又會消失得無影無蹤,，物理學(xué)也稱這個為音爆云,。
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當(dāng)飛機(jī)達(dá)到一定的速度時，機(jī)身周圍原本看不可見的水蒸氣就會凝結(jié)變成液態(tài),，這是因?yàn)樵诓煌瑝毫ο滤畷霈F(xiàn)固,，液，汽三種不同的狀態(tài),。
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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)飛過時空氣被擠壓,，壓力就會變大,，就會將水蒸氣變成液態(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，就會出現(xiàn)這種音爆云,。 * q) F7 r5 m2 ~5 F
是否能看到這種音爆云,，不一定完全取決于飛機(jī)的速度，也并不會完全與音爆同時出現(xiàn),，還取決于大氣濕度和大氣溫度,。 . r% H& [+ T, t$ V& o
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圖片來源：pixabay
0 H) q" n1 V: e3 t( p- ~ e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！
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這是因?yàn)樽訌椀倪\(yùn)動模式并不是在空氣中加速達(dá)到這個速度的,，子彈在外彈道口時速度是最快的,，然后進(jìn)入空氣中后由于自身沒有加速的動力，受到空氣摩擦以及地心引力的作用,，速度會逐漸變慢,，所以在子彈到達(dá)外彈道口的時候已經(jīng)突破了音速,，而進(jìn)入空氣中會減速達(dá)到音速的，所以就不會產(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)這個結(jié)果,。 r: u1 P% e6 x7 K
3 ]! _. s! z p' K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)明每小時行駛上百公里的汽車到每小時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,。
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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！
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發(fā)表于 2022-11-3 14:43:45
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