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

  • 在中队党支部坚强领导下接续奋进

  • 南昌飞行大会上演空中精彩大戏

独家策划

推荐阅读
记者24日从中国科学技术大学获悉,该校人文与社会科学学院科技史与科技考古系特任副研究员吕骎骎,通过考察丝绸之路沿线中亚、伊朗、两河流域与考古相关的地质环境状况,汇集锶、钕同位素数据,提出了该地区生物可利用锶同位素比值和岩屑中钕同位素比值的范围。
2022-11-25 09:53
11月23日,长沙,湖南省农科院杂交水稻研究中心二楼的办公室里,主任唐文帮正专注地瞅着桌上并排放着的三捧谷粒。
2022-11-25 09:43
在非常规超导体研究中,人们发现超导态与竞争电子态之间总是存在着错综复杂的竞争现象,并且它们还可以相互交织,进一步形成新奇的超导态。探索超导态与竞争电子态之间复杂的衍生现象及其物理机制,是当前超导研究领域的关键问题之一。
2022-11-25 09:38
中国式现代化是创新驱动的现代化,是高质量发展的现代化,更是人才引领驱动、人才支撑发展的现代化。
2022-11-25 09:37
中国石化“深地工程·川渝天然气基地”又获重大突破,由中国石化勘探分公司和西南石油局提交的綦江页岩气田首期探明地质储量1459.68亿立方米通过自然资源部专家组审定,标志着我国又一个超千亿立方米的大型整装页岩气田诞生。
2022-11-25 09:35
记者22日从西湖大学获悉,该校生命科学学院特聘研究员闫浈实验室的相关研究揭开了叶绿体蛋白转运之谜,其研究结果在线发表于《细胞》期刊。
2022-11-24 09:50
观测团队成员、德国马克斯·普朗克天文研究所(MPIA)负责人Laura Kreidberg表示:“我们以前研究过很多行星,但从未见过这样的数据集。”
2022-11-24 09:42
11月23日,第二次青藏科考队“气候变化与生态系统碳循环”科考分队宣布,他们成功研发了完全自主的“贡嘎”(GONGGA)大气碳反演系统(以下简称“贡嘎”系统)。这是“全球碳计划”2022年全球碳收支报告首轮脱颖而出的大气反演系统。
2022-11-24 09:40
前不久,随着梦天实验舱的成功入列,中国空间站T字基本构型组装完成,我国向着建成空间站的目标迈出了关键一步。作为参与我国空间站建设的一名科研工作者,目前,我正投身于小机械臂在梦天舱上的测试任务。
2022-11-24 09:22
目前,我国在轨稳定运行的300公斤以上的卫星有300余颗,居世界第二位。在轨遥感卫星200余颗,实现了16米分辨率卫星数据1天全球覆盖,光学2米分辨率数据全球1天重访,1米分辨率合成孔径雷达卫星对全球任意地区重访时间为5小时。我国天地一体化的空间基础设施体系建设取得进展。
2022-11-24 09:21
当前,建筑业是世界上最大的终端能源消耗即温室气体排放的主要部门之一,低碳发展,由此成为令全球建筑业“头疼”的问题。
2022-11-23 09:43
自2022年10月9日发射入轨一个多月以来,中国首颗综合性太阳探测卫星“夸父一号”三大载荷之一的硬X射线成像仪(HXI)开展了各项在轨测试和定标工作。科技日报记者获悉,中国科学院紫金山天文台11月21日发布了HXI首张科学图像。
2022-11-23 09:38
22日凌晨2时18分,国内首座超宽三维不对称转体桥——上海漕宝路快速路新建工程连续钢箱梁T构转体桥,在跨越7股铁路线时实现精准对接,刷新了转体三维不对称、转体桥面最宽、跨高铁整幅转体最宽等多项转体桥世界纪录。
2022-11-23 09:37
开放合作,是强化国际科技交流合作、融入全球创新网络的根本方向,是优化国际科研环境、营造开放创新生态的必由之路,是提升科技创新能力、实现科技自立自强的应有之义。
2022-11-23 09:15
对金融街论坛的固定举办地北京市西城区而言,金融街作为中国金融地标所在,早已不是一个地理概念,更是引领区域高质量发展的动力之源。
2022-11-23 09:13

  采用世界首创的“弧形梁非接触文物整体迁移技术”, 我国迄今水下考古发现的体量最大的木质沉船——长江口二号古船21日在长江口水域成功实施整体打捞。

2022-11-22 10:00
据农业农村部21日消息,我国开展十大主要粮食和畜禽育种攻关,促进水稻、小麦、大豆、生猪等重要农产品品种更新换代。会议强调落实深入实施种业振兴行动决策部署,扎实推进国家育种联合攻关,加快培育具有自主知识产权的优良品种,用中国种子保障中国粮食安全。
2022-11-22 09:59
“‘天地空’一体化监测系统实现了野外东北虎豹视频的实时回传,这种全新的国家公园自然资源信息化、智能化管理模式,可以更好助力国家公园建设。从2018年2月开通以来,东北虎豹国家公园自然资源监测系统覆盖范围持续扩大,逐步发展成全面覆盖的“天地空”一体化监测系统。
2022-11-22 09:58
中国科学院院士、中国航天科技集团有限公司研究发展部部长王巍发布了最新评选出的10个宇航领域热点科学问题和技术难题。
2022-11-22 09:51
当前,全球范围内天然气发动机本体热效率平均水平为42%,其中,瑞典沃尔沃卡车以47.6%的数值拿下全球冠军。与行业平均水平相比,52%热效率柴油机可减少二氧化碳排放12%,54%热效率天然气发动机可减少二氧化碳排放25%。
2022-11-22 09:50
加载更多