音爆是怎么形成的？

機(jī)極級技

我們經(jīng)常能在公園及廣場上，看到有一些老大爺在甩鞭鍛煉身體，每一鞭子甩出去都能聽到“啪”的一聲，而且聲音還非常的響亮，所以有時候還會被投訴擾民，那為什么有這么大的聲音呢？

你仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)，大爺們使用的這些鞭子尾部是很細(xì)很柔軟的，正常情況下振動是不會發(fā)出這么大的聲音的，有那么大的聲音是因為每一次甩鞭的速度都很快，都達(dá)到了超音速，每一次甩鞭“啪”的一聲響就是鞭子尾部制造出了一次小小的音爆，厲害吧，所以你不要小瞧甩鞭子的老大爺，它們用小鞭子就能甩出超音速來。

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不管是聲音還是物體在空氣中傳導(dǎo)時都會受到阻力，使其產(chǎn)生震蕩就會形成一道屏障，并且傳遞速度也會逐漸衰減，這也被稱為音障。

而當(dāng)這個物體的速度足夠快，達(dá)到超音速時沖過這道屏障時，就相對于產(chǎn)生一個強(qiáng)烈的沖擊波一樣，我們耳朵就會聽到“啪”的爆炸聲，這就形成音爆了，并且有時還會同時伴隨出現(xiàn)一團(tuán)錐形云。

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圖片來源：pixabay

- W* D' W  L* v1 j# f音爆的由來

我們知道聲音在空氣中傳播的速度是340m/s，而當(dāng)一個物體在空氣中超過了這個速度時這就是超音速。

現(xiàn)在我們對音爆這種物理現(xiàn)象的了解，多是通過超音速飛機(jī)看到或聽到的，其實第一次音爆現(xiàn)象也是通過飛機(jī)實現(xiàn)的。

在1947年美國人駕駛的X-1型飛機(jī)，以每小時1278公里的速度飛行時，在空中留下一團(tuán)云霧并且伴隨著一聲巨響，這是人類第一次突破音障，這個飛行員也是人類第一個將聲音拋在后面的人。

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9 R- C3 _. P2 u4 ~; q音爆的原理

當(dāng)我們往水中扔一個石頭時，水面就會出現(xiàn)一圈圈的波浪，這是因為水平面被擾動后出現(xiàn)的，而在空氣中被運(yùn)動的物體擾動也會形成波。

聲音在空氣中就是以波浪的形式傳播的，你可以將聲波想象成從中心點發(fā)出的很多同心圓，而每個圓代表聲波的波浪。

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當(dāng)中心發(fā)聲源不動時聲波的波浪圈就會對稱的傳遞下去，當(dāng)發(fā)聲源開始運(yùn)動并且速度還相當(dāng)快，超過了前面已經(jīng)發(fā)出的聲波圈，前面的聲波圈就會被壓扁堆積，每一波會比前一波更快地到達(dá)，這種聲波壓縮的結(jié)果是聲音頻率的增加，這就好比朝你開來的車聲音越來越大，而離你遠(yuǎn)去的車聲音越來越低。

以超音速飛機(jī)為例，當(dāng)它們在飛行時也會不斷地發(fā)出聲波，這些聲音來源于發(fā)動機(jī)的噪音和空氣阻力，這些聲音也跟其它發(fā)聲源一樣以同心圓的方式傳播，當(dāng)飛機(jī)的速度越快這些同心圓聲波就越接近，但是只要速度不超過340m/s，這些同心圓聲波就不會相互碰撞或者重疊，因為這些聲波能在后一個波到達(dá)時前一個波能擴(kuò)散開。

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但是當(dāng)飛行速度超過聲速時飛機(jī)比聲波更快，飛機(jī)對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在飛機(jī)的前面壓縮積累猶如一道墻，當(dāng)突破這道墻時能量高度集中，這些能量傳到耳朵里時就會讓人感覺到短暫而強(qiáng)烈的爆炸聲，這就是音爆形成的原因。

! ]' b: }" k$ F6 J音爆云

當(dāng)飛機(jī)加速到一定速度時不但能聽到音爆聲，還能在機(jī)尾看到錐形的云霧，看起來就好像給飛機(jī)穿上了白色的斗篷，但馬上又會消失得無影無蹤，物理學(xué)也稱這個為音爆云。

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當(dāng)飛機(jī)達(dá)到一定的速度時，機(jī)身周圍原本看不可見的水蒸氣就會凝結(jié)變成液態(tài)，這是因為在不同壓力下水會出現(xiàn)固，液，汽三種不同的狀態(tài)。

在高空中氣壓小，水一般以水蒸氣的形態(tài)存在，當(dāng)飛機(jī)飛過時空氣被擠壓，壓力就會變大，就會將水蒸氣變成液態(tài)，就可以看到很多霧狀或者小水滴出現(xiàn)的畫面。

也就是說飛機(jī)瞬間加速到超音速，理論上時速超過1224千米就可能突破音障，周圍空氣被擠壓而讓氣壓升高出現(xiàn)音爆，讓機(jī)身周圍的水蒸氣從看不見的氣態(tài)瞬間變成看得見的液態(tài)或者固態(tài)，變成了蒸汽錐形云，就會出現(xiàn)這種音爆云。

是否能看到這種音爆云，不一定完全取決于飛機(jī)的速度，也并不會完全與音爆同時出現(xiàn)，還取決于大氣濕度和大氣溫度。

圖片來源：pixabay

其實能在空氣中飛行速度達(dá)到超音速的不僅只有飛機(jī)，那么是不是都能產(chǎn)生音爆這種物理現(xiàn)象呢？

我們知道子彈的速度很快，有的能夠超過1000m/s肯定比超音速飛機(jī)快多了，怎么沒有出現(xiàn)音爆現(xiàn)象。有下面兩種說法！

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這是因為子彈的運(yùn)動模式并不是在空氣中加速達(dá)到這個速度的，子彈在外彈道口時速度是最快的，然后進(jìn)入空氣中后由于自身沒有加速的動力，受到空氣摩擦以及地心引力的作用，速度會逐漸變慢，所以在子彈到達(dá)外彈道口的時候已經(jīng)突破了音速，而進(jìn)入空氣中會減速達(dá)到音速的，所以就不會產(chǎn)生音爆現(xiàn)象。

還有一種說法就是，子彈在射出的一瞬間是有音爆的，但與槍聲混合在一起，耳朵也是根本聽不出來的，

感覺兩種說法都有道理，但目前并沒有科學(xué)的實驗去證實這個結(jié)果。

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人類對速度的癡迷從發(fā)明輪子以來就在不斷的突破，從發(fā)明每小時行駛上百公里的汽車到每小時飛行上千公里的飛機(jī)，這些對速度的追求也帶來了如音爆和音爆云這樣震撼的物理現(xiàn)象。

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現(xiàn)在通過科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，在幾億年前就有一些長尾恐龍它們的甩尾速度就已經(jīng)超過了音速，達(dá)到了超音速，那這些恐龍有可能就是地球上最早達(dá)到超音速的物種了；還有公園里甩鞭子產(chǎn)生的音爆，也有可能是第一個突破音爆的人造物品，那么這些甩鞭子的大爺應(yīng)該算是第一類能熟練掌握音爆技術(shù)的人群，真是厲害了我的大爺！

zhiweihao85

那突破光速，會不會出現(xiàn)光爆呢？

-YUN-

追求消音效果的槍一般也會選擇亞音速子彈吧

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