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11月3日00：07分左右

河南平頂山市區突然傳(chuan) 出巨響

不少睡夢中的市民被驚醒

3日上午

平頂山應急管理局發布了相關(guan) 情況說明

原因初步判定為(wei) 音爆

什麽(me) 是音爆？

音爆有什麽(me) 危害嗎？

音爆究竟是什麽(me) ？

音爆是發生在自然界裏的一種物理現象。

我們(men) 經常看到汽艇在水中航行時，由於(yu) 汽艇航行過程中對水產(chan) 生擾動，在水中會(hui) 產(chan) 生水波，水波在汽艇四周向各個(ge) 方向擴散，同時，我們(men) 在航行方向兩(liang) 側(ce) 可以看到兩(liang) 道三角形的水痕跡，向外推開。

圖源：中國科普博覽

同樣的道理，如果給空氣一個(ge) 擾動，聲音也會(hui) 像水一樣通過波的形式向外傳(chuan) 播，這就是聲波。當飛行器在空中飛行時，也會(hui) 產(chan) 生擾動，擾動也會(hui) 在空氣中產(chan) 生聲波，這時空氣中的聲波也會(hui) 向飛行器四周擴散。

如果是亞(ya) 聲速飛行（速度比聲速小）飛行器的速度追不上聲波傳(chuan) 播速度。這時會(hui) 像汽艇在水中航行一樣，在空氣中聲波會(hui) 向四周各個(ge) 方向擴散，同時在尾部產(chan) 生兩(liang) 道三角形的氣流痕跡（飛行表演時我們(men) 看見的尾部彩色帶就是氣流痕跡）。

圖源：網易新聞視頻截圖

當飛行器以聲速或超聲速飛行時，由於(yu) 飛行器飛行速度比聲速要快，這些聲波會(hui) 全部疊加在一起，在飛行器的頭部和突出部形成錐形激波。飛行器在聲速飛行的特殊情況下，錐形激波退化為(wei) 一個(ge) 平麵波。

無論是錐形激波還是平麵激波都聚集了大量的聲學能量。這些能量傳(chuan) 到地麵上人們(men) 的耳朵裏時，耳鼓膜感受到空氣壓強突然增加，讓人們(men) 感受到短暫、而又極其強烈的、雷鳴般的爆炸聲，這就是音爆（聲爆）。

圖源：中國科普博覽

一般說來

超聲速飛行器飛行時往往會(hui) 形成兩(liang) 道激波

一道激波包裹機頭前部

另一道激波在機身後部

它們(men) 差不多同時傳(chuan) 播到地麵

並在地麵上反射

形成一個(ge) N形反射激波

因此，我們(men) 在遇到音爆時

常常可能會(hui) 聽到兩(liang) 聲“爆炸”聲

圖源：中國科普博覽

飛行器穿上“婚紗”——音爆雲(yun)

伴隨飛行器高速飛行產(chan) 生音爆的同時，飛行器頭部的激波後麵的壓力和溫度增高，但在飛行器尾部後麵卻會(hui) 出現低溫和低壓區，這就改變了尾部後麵的空氣狀態，使空氣中的水汽在新的條件下發生凝結，形成雲(yun) 霧，這就是人們(men) 常說的“音爆雲(yun) （聲爆雲(yun) ）”。

圖源：中國科普博覽

音爆雲(yun) 和錐形激波形狀類似，呈現錐形狀，和飛行器的機身垂直，通常隻能持續幾秒鍾。但是，並不是在每架飛行器在飛行中都會(hui) 產(chan) 生音爆雲(yun) 現象。音爆雲(yun) 的出現不僅(jin) 和激波強度有關(guan) ，還和周圍空氣的氣象條件有密切的關(guan) 係。因此，隻能在特定的天氣條件下才會(hui) 出現音爆雲(yun) 。

超音速轟炸機的音爆瞬間 圖源：海寧科普

一架戰機正好穿過音障 圖源：海寧科普

生活中的音爆

其實音爆也經常發生在公園裏，很多老年人喜歡抽陀螺健身，清脆的啪啪聲就是一次次小的音爆。根據觀測，抽鞭子的時候鞭梢的速度已經突破了音速。

圖源：北方晨報

2002年《物理評論快報》發表了研究人員對鞭子音爆的產(chan) 生原因的分析，研究顯示鞭鞘的速度能達到2馬赫（2倍音速）。據作者計算，尖端的速度能夠達到鞭子初始速度的30倍以上。

圖源：Smarter Every Day鞭鞘產(chan) 生衝(chong) 擊波

音爆有哪些危害？

超聲速飛行器產(chan) 生的音爆的傳(chuan) 播範圍很廣，能量也是非常大的。在速度和高度都合適的條件下，沿著飛行器飛行軌跡下麵，一路上都會(hui) 聽到音爆的聲音。

例如，當飛行器飛行速度是2倍聲速、高度是3000米時，人們(men) 可在60千米的範圍內(nei) 都聽到音爆的聲音。

當飛行器在低空做超聲速飛行時，地麵上的人們(men) 能聽到震耳欲聾的巨響，嚴(yan) 重的還可能震碎玻璃，甚至損壞不堅固的建築物。

如果我們(men) 把音爆的壓強換算成更直觀的聲強：100帕的壓強大約相當於(yu) 133分貝。這時音爆引起的噪聲對人體(ti) 的傷(shang) 害還是很嚴(yan) 重的，特別對人的耳膜會(hui) 有傷(shang) 害。

如何消除音爆？

影響音爆產(chan) 生的因素很多，例如飛行速度、高度、航線和周圍的氣象條件等。一般而言，人們(men) 對於(yu) 飛行速度、高度和航線等因素是可以控製的，但對於(yu) 氣象條件和接近地麵的湍流狀態等是無法控製的。

目前為(wei) 了消除飛行器飛行時產(chan) 生音爆，科研人員主要在超聲速飛行器的設計、製造和控製等方麵，通過改善飛行器的氣動外形、關(guan) 鍵部件的材料性能、提高飛行器消音器性能和設置隔音裝置等。

資料來源：中科院物理所、海寧科普、中國科普博覽

整理：董小嫻

END

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