想了解超音速音爆嗎?
想。
太小聲,聽不見!
想!
這麼小的聲音怎麼了解超音速音爆?大點聲!
想!
好,很有精神,我來告訴你們什麼是超音速音爆!
超音速音爆是什麼?想要弄清楚這個首先要弄清楚兩個概念:
1. 什麼是超音速?
2. 什麼是音爆?
畢竟超音速音爆是一個組合詞,想要了解其意義必先對其組合中的詞了解清楚。
什麼是超音速?
在物理學中,正統的音速的定義比較複雜,但我們平常所說的音速指的是聲音在空氣中的傳播速度,注意是空氣中,因為相同條件下在固液氣三種狀態的物體中聲音的傳播速度是不一樣的。順帶一提,我們一般認為聲音在空氣中的傳播速度為340米每秒(聲音在空氣中的傳播速度受多種因素影響,一般情況下認為為此數值)。
而超音速,顧名思義,超過聲音的速度,即速度大於340米每秒即可達到超音速狀態。現在一般見到這個詞都是戰鬥機相關,如超音速戰鬥機等等。
為什麼沒有超音速火車、超音速遊艇之類的,很簡單,因為速度太快,其他工具想突破此速度太難。要知道世界高鐵最快速度也只有605千米每小時(2017年5月中國南車製造的CIT500型的試驗速度),約168米每秒,只有音速的一半左右!說句題外話,中國高鐵頂呱呱。
那什麼是音爆?
因為超音速現在一般只有飛機能達到(去除火箭),超音速音爆的現象一般也只有飛機上出現,所以後面的例子用飛機來舉。
一架超音速飛機在不斷加速超過音速時會達到一個與音速相同的速度狀態,即若假設音速340米每秒,則飛機的速度也為340米每秒。此時會達到一個特殊的狀態,因為你與你發出的聲音一直沒有拉開距離,此時你說一句話你會一直聽到這句話直到聲音的能量耗盡。
但飛機上可就不是這麼簡單了,此時飛機在高速飛行中,飛機尖尖的的頭部會將空氣從兩邊撥開形成氣流,而此時速度十分快,但又無法與他們拉開距離,這些氣流便不斷疊加在機身後方,相互幹擾,產生雜亂的震動,這些震動產生的聲音會如雷鳴般巨響,而這些傳到我們耳朵裡的巨響便是音爆了。
而我們說的超音速音爆便是上一段飛機加速達到音速時的整個過程了,雖然超音速音爆這個名字感覺很帥,但這其實危害很大,一架低空超音速飛行的戰鬥機產生的音爆足以震碎門窗玻璃,一架在 16000米高空以兩倍音速飛行的協和客機產生的音爆對地面產生的壓強高達100帕,相當於給一塊一平米左右的玻璃窗上施加10公斤的力。
而且在達到音速的瓶頸階段氣流強大的震動會對機身造成很大的損傷,這會大大影響機身的使用壽命。這時為了突破這一瓶頸就需要發動機提供更大的推力,這也是超音速飛機的一大技術難點所在,在完成突破瓶頸的加速後飛機尾部的氣流會迅速降溫,氣流裡的水蒸氣 液化形成小水珠,形成我們俗稱的「音爆雲」(如下圖)。
經過這一番解釋你肯定會對我的標題產生懷疑,這麼難的東西中國大爺真的會?中國大爺比高鐵還快兩倍?你是不是個標題黨?
聽我解釋,大家應該都看過廣場上老大爺拿根大皮鞭抽陀螺吧,大爺揮舞皮鞭時是不是時而會有「啪」的清脆一聲,那便是音爆,別不信,我老師告訴我的時候我也是震驚一整年,嘴巴張的可以塞下兩個饅頭。在2003年的時候還曾有科學家設立模型研究過這個,確定了是由音爆引起的響聲而不是鞭子抽到了老大爺自己。
大家一直只看見了廣場舞大媽,卻一直忽略了廣場上抽陀螺的大爺,比西方列強早不知道多少年觀察到了音爆,又一次領先西方不知多少年,這是來自東方的神秘力量,估計讓伏拉夫看見了可以發視頻發上一整年。不得不感嘆,不管時代怎麼變,你大爺永遠是你大爺。