点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:轰!原来声音也能看得见?
首页> 光明科普云> 图文 > 正文

轰!原来声音也能看得见?

来源:蝌蚪五线谱2022-11-04 19:31

  11月3日00:07分左右

  河南平顶山市区突然传出巨响

  不少睡梦中的市民被惊醒

  3日上午

  平顶山应急管理局发布了相关情况说明

  原因初步判定为音爆

  什么是音爆?

  音爆有什么危害吗?

  音爆究竟是什么?

  音爆是发生在自然界里的一种物理现象。

  我们经常看到汽艇在水中航行时,由于汽艇航行过程中对水产生扰动,在水中会产生水波,水波在汽艇四周向各个方向扩散,同时,我们在航行方向两侧可以看到两道三角形的水痕迹,向外推开。

  图源:中国科普博览

  同样的道理,如果给空气一个扰动,声音也会像水一样通过波的形式向外传播,这就是声波。当飞行器在空中飞行时,也会产生扰动,扰动也会在空气中产生声波,这时空气中的声波也会向飞行器四周扩散。

  如果是亚声速飞行(速度比声速小)飞行器的速度追不上声波传播速度。这时会像汽艇在水中航行一样,在空气中声波会向四周各个方向扩散,同时在尾部产生两道三角形的气流痕迹(飞行表演时我们看见的尾部彩色带就是气流痕迹)。

  图源:网易新闻视频截图

  当飞行器以声速或超声速飞行时,由于飞行器飞行速度比声速要快,这些声波会全部叠加在一起,在飞行器的头部和突出部形成锥形激波。飞行器在声速飞行的特殊情况下,锥形激波退化为一个平面波。

  无论是锥形激波还是平面激波都聚集了大量的声学能量。这些能量传到地面上人们的耳朵里时,耳鼓膜感受到空气压强突然增加,让人们感受到短暂、而又极其强烈的、雷鸣般的爆炸声,这就是音爆(声爆)。

  图源:中国科普博览

  一般说来

  超声速飞行器飞行时往往会形成两道激波

  一道激波包裹机头前部

  另一道激波在机身后部

  它们差不多同时传播到地面

  并在地面上反射

  形成一个N形反射激波

  因此,我们在遇到音爆时

  常常可能会听到两声“爆炸”声

  图源:中国科普博览

  飞行器穿上“婚纱”——音爆云

  伴随飞行器高速飞行产生音爆的同时,飞行器头部的激波后面的压力和温度增高,但在飞行器尾部后面却会出现低温和低压区,这就改变了尾部后面的空气状态,使空气中的水汽在新的条件下发生凝结,形成云雾,这就是人们常说的“音爆云(声爆云)”。

  图源:中国科普博览

  音爆云和锥形激波形状类似,呈现锥形状,和飞行器的机身垂直,通常只能持续几秒钟。但是,并不是在每架飞行器在飞行中都会产生音爆云现象。音爆云的出现不仅和激波强度有关,还和周围空气的气象条件有密切的关系。因此,只能在特定的天气条件下才会出现音爆云。

  超音速轰炸机的音爆瞬间 图源:海宁科普

  一架战机正好穿过音障 图源:海宁科普

  生活中的音爆

  其实音爆也经常发生在公园里,很多老年人喜欢抽陀螺健身,清脆的啪啪声就是一次次小的音爆。根据观测,抽鞭子的时候鞭梢的速度已经突破了音速。

  图源:北方晨报

  2002年《物理评论快报》发表了研究人员对鞭子音爆的产生原因的分析,研究显示鞭鞘的速度能达到2马赫(2倍音速)。据作者计算,尖端的速度能够达到鞭子初始速度的30倍以上。

  图源:Smarter Every Day鞭鞘产生冲击波

  音爆有哪些危害?

  超声速飞行器产生的音爆的传播范围很广,能量也是非常大的。在速度和高度都合适的条件下,沿着飞行器飞行轨迹下面,一路上都会听到音爆的声音。

  例如,当飞行器飞行速度是2倍声速、高度是3000米时,人们可在60千米的范围内都听到音爆的声音。

  当飞行器在低空做超声速飞行时,地面上的人们能听到震耳欲聋的巨响,严重的还可能震碎玻璃,甚至损坏不坚固的建筑物。

  如果我们把音爆的压强换算成更直观的声强:100帕的压强大约相当于133分贝。这时音爆引起的噪声对人体的伤害还是很严重的,特别对人的耳膜会有伤害。

  如何消除音爆?

  影响音爆产生的因素很多,例如飞行速度、高度、航线和周围的气象条件等。一般而言,人们对于飞行速度、高度和航线等因素是可以控制的,但对于气象条件和接近地面的湍流状态等是无法控制的。

  目前为了消除飞行器飞行时产生音爆,科研人员主要在超声速飞行器的设计、制造和控制等方面,通过改善飞行器的气动外形、关键部件的材料性能、提高飞行器消音器性能和设置隔音装置等。

  资料来源:中科院物理所、海宁科普、中国科普博览

  整理:董小娴 蔡琳

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 陕西西安举行仿古入城仪式,献礼文化遗产数字化论坛

独家策划

推荐阅读
“科创游”是一种将科技与旅游相结合的新型旅游形式,不仅展示科技企业的生产过程和产品,还注重科技教育的普及和科技创新的体验
2025-09-17 10:23
此次大会将讨论通过“人与生物圈计划”及其世界生物圈保护区网络杭州战略行动计划,明确未来十年的发展方向、目标和行动方案
2025-09-17 10:21
人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器要“上天”进入预定轨道,运载火箭少不了。在“火箭家族”展台,长征一号至五号运载火箭模型笔直而立。
2025-09-17 10:20
在化学生物学研究中,有一种强大的“分子地图绘制技术”——邻近标记技术。在癌症免疫治疗中,免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击,但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏。
2025-09-17 10:18
当前,秋粮陆续进入成熟期。各地抓住最后的窗口期,落实落细各项增产措施,全力以赴抓好秋粮生产,确保秋粮丰产丰收。
2025-09-17 09:32
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
深夜,河南焦作多氟多新材料股份有限公司的实验室依旧灯火通明,总工程师闫春生还在带着团队忙碌。 2006年,多氟多打响了由传统氟化工向精细氟化工、新能源材料转型的战役,闫春生临危受命加入六氟磷酸锂研发团队。
2025-09-15 09:51
2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。
2025-09-12 10:08
汽车排放被认为是气候变化的“元凶”之一,但学术界一直缺乏对城市道路碳排放进行精准刻画的工具。”借助全景AI模型,可实现二氧化碳排放源的精准提取,模型的平均精度超过93%、平均误差低于1.3ppm(ppm为百万分比浓度)。
2025-09-12 10:01
习近平总书记指出:“要把握人工智能发展趋势和规律,加紧制定完善相关法律法规、政策制度、应用规范、伦理准则,构建技术监测、风险预警、应急响应体系,确保人工智能安全、可靠、可控。人工智能系统的可靠性不能停留在统计意义上的“高概率正确”,而应追求在复杂、开放、动态环境下的“高置信可靠”。
2025-09-12 10:01
10日,2025世界顶尖科学家协会奖(以下简称“顶科协奖”)获奖者名单在上海公布。顶科协奖是2021年在上海发起创设、由红杉中国独家提供永久资金支持的面向全球科学家评选的科学大奖。
2025-09-12 09:59
加载更多