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音爆
! N1 C2 T" |9 b6 H& `3 H' l目錄簡(jiǎn)介 形成 危害 觀察
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簡(jiǎn)介 音爆
0 A$ ]. i) Z. [: i4 ]+ P+ x" e音爆(sonic boom),如果給空氣一個(gè)擾動(dòng),聲音也會(huì)象水一樣通過(guò)波的形式向外傳播,這就是聲波。我們平時(shí)聽(tīng)見(jiàn)的聲音就是聲波傳入耳內(nèi)刺激鼓膜產(chǎn)生的。當(dāng)飛機(jī)在空中作超音速飛行時(shí),在機(jī)頭或突出部分,也會(huì)象水中前進(jìn)的快艇一樣出現(xiàn)一種楔形或錐形波,這就是激波。飛機(jī)所發(fā)出的疏密狀的音波無(wú)法跑到飛機(jī)前方,所以就全部疊在機(jī)身后方,形成了圓錐形狀的音錐。當(dāng)它們向外傳播時(shí)便互相干擾和影響,然后匯集成一道包羅機(jī)頭的 前激波和一道尾隨機(jī)尾的后激波。這種波雖然可以用上述的楔形水波來(lái)比擬,但有著迥然不同的性質(zhì)。激波的厚度很小,經(jīng)過(guò)波后空氣的壓強(qiáng)、密度、溫度都突然升高,速度立即下降。當(dāng)這兩道激波波及到無(wú)論哪個(gè)空間和物體時(shí),均會(huì)感到這種強(qiáng)烈的變化,反映到人的耳朵里,使耳鼓膜受到突然的空氣壓強(qiáng)變化,就感覺(jué)是兩聲雷鳴般的巨響。這種響聲就稱(chēng)之為“音爆”。
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. v j \3 i; I# a2 O! H“音爆”只有在飛機(jī)作超音速飛行時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。“音爆”的強(qiáng)弱以及對(duì)地面影響的大小,與飛機(jī)飛行高度有著直接的關(guān)系。因?yàn)椋げê退ㄒ粯樱嚯x越遠(yuǎn),波的強(qiáng)度也越弱。當(dāng)飛機(jī)作低空超音速飛行時(shí),不但地面的人畜能聽(tīng)到震耳欲聾的巨響,影響人們的生活和工作,飛機(jī)有角度的超音速飛行時(shí)還可以震碎玻璃,甚至損壞不堅(jiān)固的建筑物,造成直接的損失。隨著飛行高度的增加,這種影響越來(lái)越弱,當(dāng)超過(guò)一定的高度后,地面基本不會(huì)受到影響。(根據(jù)“流言終結(jié)者”的測(cè)試,兩架超音速飛行的飛機(jī)從150米的低空飛過(guò)汽車(chē)、普通房間和一桌子的玻璃器皿,除了房間的窗框被震下,并沒(méi)有造成任何玻璃的破碎;經(jīng)過(guò)5次60米低空飛行(合法飛行的最低限度),房間的玻璃被震碎、汽車(chē)的后視鏡被震掉,而下面的玻璃器皿仍舊沒(méi)有任何破碎。也就是說(shuō),超音速飛機(jī)造成的音爆幾乎無(wú)法造成玻璃破碎。)
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形成 把視線(xiàn)從天空轉(zhuǎn)向水面,把一粒石子投入水中,水面便會(huì)出現(xiàn)一圈圈漣漪,這是石子擾動(dòng)水面形成的波。再看看航行的船,船頭激起了 倒V字型的楔形波紋。在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體與水上行船相似,只不過(guò)二維的水面變成了三維的空間,任何在空氣中運(yùn)動(dòng)的物體都會(huì)擾動(dòng)空氣形成波。這看起來(lái)沒(méi)什么,但當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度越來(lái)越快時(shí),問(wèn)題就出現(xiàn)了。空氣中波的運(yùn)動(dòng)速度是有限的,也就是音速,當(dāng)物體的速度達(dá)到音速時(shí),它激起的那些波就被物體本身趕上了,堆積起來(lái)。換句話(huà)說(shuō),就是空氣分子來(lái)不及逃開(kāi),被擠壓在了一起。喜歡玩兒水的朋友肯定對(duì)這種場(chǎng)景有所體會(huì),水是溫柔無(wú)形的,不過(guò)你如果想玩一下十米跳臺(tái),那可要小心,如果玩的不甚熟練,不小心肚皮接觸了水面,溫柔的水同樣可以把你“揍”的七暈八素,肚皮青紫。如果玩兒的更驚險(xiǎn),來(lái)個(gè)懸崖跳水,如果姿勢(shì)不當(dāng),那跟跳樓沒(méi)什么區(qū)別。
; A) V; y; K; n) B( ~2 |1 v 當(dāng)飛機(jī)的速度接近音速,情況與之類(lèi)似,一堵空氣墻橫在前面。無(wú)奈上火的你多么希望自己變身綠巨人,轟隆一聲把人撞得滿(mǎn)天飛,哪怕胳膊上掛著七八個(gè)潮男靚女也阻擋不住你追求愛(ài)情的心。恭喜你,你悟到了超音速的真諦。只要?jiǎng)恿ψ銐虺渑妫Y(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí),外形足夠合理,被空氣墻裹住的飛機(jī)便會(huì)超過(guò)音速。此時(shí)被壓縮到極致的空氣被穿透,產(chǎn)生了激波。激波是什么你大可不必詳細(xì)了解,因?yàn)樗婕暗健办亍⑿畔ⅰ⒔橘|(zhì)、場(chǎng)、紊流”等一系列玄而又玄的概念。你只需知道這激波可以造成壓力的劇烈波動(dòng)。這就是莫哈維沙漠上神秘巨響的來(lái)源,更通俗的名稱(chēng)叫做音爆。如果你有幸聽(tīng)過(guò)音爆,你會(huì)注意到它實(shí)際上是由緊鄰的兩聲巨響組成的,這分別代表了空氣被飛機(jī)前部撞開(kāi)和空氣在飛機(jī)尾部閉合形成的激波。當(dāng)然,由于地面和建筑物的反射,那聲音更像是打雷,綿延不絕。 3 N4 p. a. U2 O$ }' v
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危害 音爆的能量巨大,一架低空超音速飛行的戰(zhàn)斗機(jī)產(chǎn)生的音爆足以震碎門(mén)窗玻璃。有人測(cè)量過(guò),一架在 16000米高空以?xún)杀兑羲亠w行的協(xié)和客機(jī)產(chǎn)生的音爆對(duì)地面產(chǎn)生的壓強(qiáng)高達(dá)100帕,相當(dāng)于給一塊一平米左右的窗玻璃上施加10公斤的力,玻璃嘩嘩直響就不難解釋了。我們把壓強(qiáng)換算成更直觀的聲強(qiáng),100帕大約相當(dāng)于133分貝,如果你恰好身處某重金屬搖滾音樂(lè)會(huì)的大音箱旁邊,就知道133分貝的聲音會(huì)對(duì) 你產(chǎn)生什么樣的影響了。因此協(xié)和被禁止在陸地上進(jìn)行超音速飛行,這與高昂的營(yíng)運(yùn)費(fèi)用一起直接斷送了這種優(yōu)雅的飛機(jī)的生命,2003年,所有的協(xié)和退出市場(chǎng),從此天空中不再有超音速客機(jī)的身影。 6 A( j9 P& [3 R& G b9 I9 v& ?" P
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觀察 音爆
0 U. G% s. k& T有許多人聽(tīng)過(guò)音爆,但是卻很少人看過(guò)它。 當(dāng)飛機(jī)以超過(guò)音速的速度飛行,在飛機(jī)正好要加速穿過(guò)音障時(shí),在飛機(jī)的周?chē)袝r(shí)候會(huì)有一團(tuán)云霧形成。不過(guò),這團(tuán)云霧的成因是什么,仍然頗有爭(zhēng)議。目前最風(fēng)行的理論認(rèn)為,在那瞬間四周空氣壓力驟降,發(fā)生了一種奇特效應(yīng),因此,空氣中的水氣就凝結(jié)成小水滴形成一團(tuán)云霧。在上面這張照片中,可以看見(jiàn)一架F/A-18黃蜂號(hào)戰(zhàn)機(jī)正好穿過(guò)音障。除了飛機(jī)之外,大型流星體和航天飛機(jī)還有火箭進(jìn)入地球大氣時(shí),當(dāng)它們的速度降到音速以下的瞬間,也常會(huì)產(chǎn)生音爆。 |
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