在公園和廣場上,我們經(jīng)??梢钥吹揭恍├先巳颖拮渝憻捝眢w。每根鞭子都能甩出去,聲音很大,所以有時候會被人抱怨擾民。那為什么會有這么大的聲音?
仔細觀察,你會發(fā)現(xiàn)大叔們用的這些鞭子的尾巴很細很軟。一般情況下,震動不會發(fā)出這么大的聲音。之所以聲音大,是因為每次快速甩鞭,都達到了超音速。每次甩鞭,鞭尾都會產(chǎn)生一個小小的音爆。太神奇了,別小看甩鞭子的老頭。他們可以用小鞭子甩出超音速。
但當飛行速度超過音速時,飛機比聲波快,飛機對空氣體的壓縮不能迅速擴散。它像一堵墻一樣逐漸壓縮并堆積在飛機前方。突破這道墻時,能量高度集中,能量到達耳朵時,人會感覺到短暫而強烈的爆炸,這就是音爆形成的原因。
聲波云
飛機加速到一定速度,不僅能聽到音爆,還能看到尾部的錐形云??雌饋盹w機好像披上了一件白色的斗篷,但馬上就會消失得無影無蹤。物理學也稱這種音爆云。
當飛機達到一定速度時,機身周圍看不見的水蒸氣會凝結成液態(tài),這是因為水在不同的壓力下會處于三種不同的狀態(tài):固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。
高海拔空,氣壓低,水一般以水蒸氣的形式存在。飛機飛過時,空空氣受到擠壓,壓力會增大,使水蒸氣變成液態(tài),可以看到很多霧狀或小水滴的畫面。
也就是說,如果飛機瞬間加速到超音速,理論上速度超過1224公里每小時就可能突破音障,周圍空氣體被擠壓增加氣壓,產(chǎn)生音爆,使機身周圍的水蒸氣瞬間從不可見的氣態(tài)變成可見的液態(tài)或固態(tài),成為蒸汽錐云。
音爆云能否被看到,不僅取決于飛機的速度,還取決于大氣的濕度和溫度。
圖片來源:pixabay 圖片來源:pixabay
其實不僅僅是飛機可以在空空中超音速飛行,它們都可以產(chǎn)生音爆嗎?
我們知道子彈很快,有的能超過1000m/s,肯定比超音速飛機快很多,所以沒有音爆。
這是因為子彈的運動模式在空空氣中沒有加速到這個速度,子彈在外彈道口時速度最快。進入空空氣后,由于沒有加速動力,在空空氣摩擦和重力的作用下會逐漸減速,所以子彈在到達外彈道口時已經(jīng)突破音速進入。
還有一種說法是,子彈在射擊的瞬間有音爆,但是當它和槍聲混在一起的時候,耳朵根本聽不到。
我覺得兩種說法都有道理,但是沒有科學實驗來證實這個結果。
自從輪子發(fā)明以來,人類對速度的癡迷一直在不斷突破。從發(fā)明時速幾百公里的汽車到時速幾千公里的飛機,對速度的追求也帶來了音爆、音爆這類令人震驚的物理現(xiàn)象。
現(xiàn)在,通過科學家的研究,發(fā)現(xiàn)幾億年前就有一些長尾恐龍,它們的尾巴速度超過了音速,達到了超音速。那么這些恐龍可能是地球上最早達到超音速的物種;公園里也有鞭笞產(chǎn)生的音爆,可能是第一批突破音爆的人造物體,所以這些鞭笞爺爺應該算是第一類能熟練掌握音爆技術的人,真的是讓我叔叔嘆為觀止!
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