在公园和广场上,我们经常可以看到一些老人扔鞭子锻炼身体。每根鞭子都能甩出去,声音很大,所以有时候会被人抱怨扰民。那为什么会有这么大的声音?
仔细观察,你会发现大叔们用的这些鞭子的尾巴很细很软。一般情况下,震动不会发出这么大的声音。之所以声音大,是因为每次快速甩鞭,都达到了超音速。每次甩鞭,鞭尾都会产生一个小小的音爆。太神奇了,别小看甩鞭子的老头。他们可以用小鞭子甩出超音速。
但当飞行速度超过音速时,飞机比声波快,飞机对空气体的压缩不能迅速扩散。它像一堵墙一样逐渐压缩并堆积在飞机前方。突破这道墙时,能量高度集中,能量到达耳朵时,人会感觉到短暂而强烈的爆炸,这就是音爆形成的原因。
声波云
飞机加速到一定速度,不仅能听到音爆,还能看到尾部的锥形云。看起来飞机好像披上了一件白色的斗篷,但马上就会消失得无影无踪。物理学也称这种音爆云。
当飞机达到一定速度时,机身周围看不见的水蒸气会凝结成液态,这是因为水在不同的压力下会处于三种不同的状态:固态、液态和气态。
高海拔空,气压低,水一般以水蒸气的形式存在。飞机飞过时,空空气受到挤压,压力会增大,使水蒸气变成液态,可以看到很多雾状或小水滴的画面。
也就是说,如果飞机瞬间加速到超音速,理论上速度超过1224公里每小时就可能突破音障,周围空气体被挤压增加气压,产生音爆,使机身周围的水蒸气瞬间从不可见的气态变成可见的液态或固态,成为蒸汽锥云。
音爆云能否被看到,不仅取决于飞机的速度,还取决于大气的湿度和温度。
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其实不仅仅是飞机可以在空空中超音速飞行,它们都可以产生音爆吗?
我们知道子弹很快,有的能超过1000m/s,肯定比超音速飞机快很多,所以没有音爆。
这是因为子弹的运动模式在空空气中没有加速到这个速度,子弹在外弹道口时速度最快。进入空空气后,由于没有加速动力,在空空气摩擦和重力的作用下会逐渐减速,所以子弹在到达外弹道口时已经突破音速进入。
还有一种说法是,子弹在射击的瞬间有音爆,但是当它和枪声混在一起的时候,耳朵根本听不到。
我觉得两种说法都有道理,但是没有科学实验来证实这个结果。
自从轮子发明以来,人类对速度的痴迷一直在不断突破。从发明时速几百公里的汽车到时速几千公里的飞机,对速度的追求也带来了音爆、音爆这类令人震惊的物理现象。
现在,通过科学家的研究,发现几亿年前就有一些长尾恐龙,它们的尾巴速度超过了音速,达到了超音速。那么这些恐龙可能是地球上最早达到超音速的物种;公园里也有鞭笞产生的音爆,可能是第一批突破音爆的人造物体,所以这些鞭笞爷爷应该算是第一类能熟练掌握音爆技术的人,真的是让我叔叔叹为观止!
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