星空体育官网入口网站科普:“音爆”是什麽?為何我們看不見聲音,卻能看見音爆?
有看過高速戰鬥機表演的朋友們知道,當戰鬥機高速飛行的時候會產生一種類似爆炸的聲音,並且機身後也會形成一個錐形的白霧。那你知道為什麽飛機在高速飛行時就會產生爆炸聲嗎?那這團白霧又是什麽呢?
首先我們要知道,音速是340米/秒,而超過了這個速度就稱為超音速。1947年,貝爾X-1型飛機上天,完成了人類首次超音速飛行,當天飛機高速飛行時發出的巨大聲響也被永遠地載入了史冊,成為人類飛行速度史上濃重的一筆。這種聲音其實就是音爆。
不知道大家在公園散步的時候有沒有見到幾個老伯伯在一起甩鞭子的情景,這雖然是一種常見的休閑娛樂方式,但卻蘊含著老伯伯的“大本領”,這是因為老伯伯在甩鞭子的時候將其甩出了超音速,我們所聽到的巨大聲響,可能是鞭子打到地麵上時所發出的聲音,也有很大一部分是由於老伯伯的鞭子速度達到了超音速而產生了“音爆”。
那為什麽超音速會產生音爆呢?其實聲音是空氣中的一種波,它和水波一樣,隻是我們看不見而已。這個就類似於我們往水中丟一個石頭,就會看見水麵泛起的陣陣波紋,聲音和這些水波一樣,在空氣受到震蕩後就會產生一些我們看不見的波紋,不同的是聲波的傳播速度比水波快的多。
在標準大氣壓下的聲音的傳播速度大概為340米/秒。當
物體在空氣中的運行速度接近音速時,就會出現一股強大的阻力促使物體產生劇烈的震蕩使其速度衰減,這種現象就是音障,而
當這個物體的運行速度超過音速時,就能穿過音障而產生一個強烈的衝擊波,這時我們就會聽到“啪”的爆炸聲傳來。這聲短暫且劇烈的爆炸聲就被我們稱之為音爆。
雖然它被稱為音爆,但是這種現象的本質不過是超音速對空間造成的巨大衝擊,
所以音爆其實是具有很大的傷害性的,它能輕易的震碎我們的耳膜,對我們的身體其他器官也可能會造成嚴重的傷害!
說到這裏,可能還是有很多朋友不理解,我們肉眼明明無法看得見空氣的震蕩,但是身體為何卻會因此而受到傷害呢?
這個其實很好理解,因為在自然界中有許多東西我們看不見,摸不著,卻能夠對我們的身體產生很大傷害,舉個簡單的例子,比如我們生活中所使用的電器出現輕微漏電時,我們是無法看見電流的,這時候若是不小心觸碰到電流,也許我們隻是被電到一下,然後迅速躲開就沒事了,但若是電流比較大,我們不小心觸碰到了電器漏電的地方,就可能會給自己帶來致命的危險,在這一過程中,我們仍然無法看見電流的“真麵目”,而我們的身體卻印證看不見摸不著的電流受到了很大損傷。
那飛機在超音速飛行時,機身後產生的白霧又是什麽呢?
這團白霧我們一般稱之為音爆雲,但是音爆雲的形成條件卻與速度無關。此話又怎講呢?
我們之前提到過,當飛機在高速飛行時,周邊的空氣會壓縮在一起形成音障,但隻要速度夠快,我們就可以突破音障,空氣高壓的狀態也會降低。我們都知道水在空氣中是以水蒸氣的形態存在的,所以當空氣中的壓力突然下降後,水蒸氣就會瞬間降溫凝結成微小的水珠,而這種現象在人的肉眼看起來就和雲霧一模一樣。
但與雲霧不同的是,這個現象會隨著飛機的離開而迅速消失,所以我們看到的就是一團圍繞著飛機形成的並像向四周均勻擴散的雲錐狀雲團,這個雲團也被人稱之為蒸汽錐。說得簡單點,其實就是在短時間裏氣壓變化所導致的水蒸氣凝結的現象。
所以就算飛機沒有超音速飛行,隻要它所在的周邊空氣比較濕潤,也會產生音爆雲,這主要是是因為飛機在高速飛行時,它機身各個位置的空氣流速和氣壓是不一樣的。所以也很容易形成音爆雲。同理,如果空氣非常幹燥,就算飛機的速度超過了音速,但依然不能形成音爆雲,因為它的附近根本沒有可以凝結成霧狀的水蒸氣。
既然高速行駛的物體可以產生音爆,那麽子彈可不可以呢?
我們知道在現實生活中速度達到超音速的可不僅僅隻有飛機,像子彈就可以做到這一點。某些特殊的軍事裝備甚至可以讓子彈的速度達到每秒1千米,這可比超音速飛機快多了,那麽這些子彈為什麽沒有產生音爆現象呢?
對於這個問題,目前科學界主要有兩個說法。
一部分人認為,由於子彈在運行的過程中是依靠外力推動的,其自身並沒有進行加速過程,隻有子彈在被發射出來的時候處於彈口的位置時才具備最大速度,當子彈被發射出來之後,會受到空氣的摩擦,以及地心引力的作用,它的速度就會變得越來越慢,而在子彈被射出槍口的一瞬間所達到的最快速度是由我要爆炸所產生的能量來推送的,這時
子彈後部的氣體密度要比其前部的氣體密度大得多,不符合產生音爆所需條件,也就不會出現音爆現象。
而另一種說法則是子彈本身是可以產生音爆現象的,我們前麵說到,當子彈從槍口被發射出來的一瞬間速度會達到最大,所以子彈若是會產生音爆,也一定是
在這一瞬間產生的,但是在這一瞬間,炸藥爆炸也會發出響聲,這一響聲會與音爆所發出的聲音重合,我們就分不清這種聲音到底是音爆還是開槍的聲音,再加上本身子彈的體積非常小,就算出現了音爆現象,那麽它所產生的聲音也不會很大,因此我們,就不太可能能聽得到子彈產生的音爆聲了。
這兩種說法都有一定的道理,但是目前並沒有科學實驗來準確地驗證這一點,因此我們也不能確切地說到底誰對誰錯。
總而言之,
“音爆”大多是由超音速戰鬥機或其他超音速飛行器在跨音速飛行的過程中引起的,雖然表麵聽起來與爆炸有關,但卻是一種發生在空氣中的物理現象,那麽對於“音爆”,大家還存在哪些疑問呢?
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