其实,这啪啪啪声就是一次次小小的音爆,因为根据观测,抽鞭子的时候鞭梢的速度已经突破了音速,这也可能是人类最早突破音速的尝试。
把一粒石子投入水中,水面便会出现一圈圈涟漪,这是石子扰动水面形成的波。再看看航行的船,船头激起了倒V字型的楔形波纹。在空气中运动的物体与水上行船相似,只不过二维的水面变成了三维的空间,任何在空气中运动的物体都会扰动空气形成波。
这看起来没什么,但当物体运动的速度越来越快时,问题就出现了。空气中波的运动速度是有限的,也就是音速,当物体的速度达到音速时,它激起的那些波就被物体本身赶上了,堆积起来。换句话说,就是空气分子来不及逃开,被挤压在了一起。
只要动力足够充沛,结构足够结实,外形足够合理,被空气墙裹住的飞机便会超过音速。此时被压缩到极致的空气被穿透,产生了激波。
激波(图源:网络)
很难详细解释激波,可以理解为,飞机在飞行的过程中,飞机附近的空气会受到飞机的碰撞压缩,此时这部分的空气压力会增大,同时呢会“提醒”更前方的空气注意避让,这种“提醒”是通过压力波的传播来实现的,而压力波在空气中的传播速度即为声速。超音速飞行器的飞行速度大于声速,所以飞机前方的空气来不及收到它的小伙伴传来的“提醒”,于是和飞机撞在了一起,便形成了激波。
飞机音爆时产生的水汽凝结(图源:网络)
音爆的能量巨大,一架低空超音速飞行的战斗机产生的音爆足以震碎门窗玻璃。
曾有一个未经证实的传说,上世纪五六十年代一家开在美国某空军基地附近的养鸡场老板曾经投诉过空军,因为他的上万只鸡都被耍酷的飞行员用音爆震死了。
正是因为听到过音爆的人相对较少,所以它引发的恐慌事件也层出不穷。2006年4月26日,两架军用飞机超音速飞越美国亚利桑那州的尤马市,当地的911 报警电话瞬间被打爆,许多民众报告发生了爆炸或者是地震。
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编辑 | 吕彦杰 刘利利 李洋洋(实习)
来源 | 力学科普 果壳
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