震耳欲聾的巨響——音爆
音爆
描述:
「音爆」一般只在飛機作出超音速飛行時才會出現。飛機在超音速飛行時所產生的強壓力波,傳到地面上形成震耳欲聾的爆炸聲。而飛機在突破音障時往往會出現一個奇特現象,那就是「音爆雲」。這是因為在激波面後方由於氣壓迅速增加而壓縮周圍空氣,讓水氣凝聚成微細的小水珠,看起來彷彿雲霧一般。然而這樣的雲霧一般僅能維持幾秒鐘,激波現身,轉瞬即逝。音爆雲是國內對這種現象的一種通俗的稱呼,嚴謹一些的描述應為Prandtl-Glauert condensation clouds(普朗特-格勞厄脫凝結雲)。
圖片來源:NASA.gov
因此,音爆雲多見於戰鬥機和艦載機。飛機在海平面上超音速飛行時,因為空氣十分濕潤,激起的雲霧更大更美。總體感覺就像給飛機穿上了一條天鵝短裙,場面十分之壯觀。
原理:
聲音在空氣中的傳播是通過波的形式向外進行傳播的,而這就是所謂的聲波。我們平時聽見的聲音就是由聲波傳入我們的耳內使鼓膜振動而形成的。當一個物體的運行速度逼近音速時,會產生一股十分巨大的阻力,使運行中的物體發生強烈的振動,使得物體的速度迅速衰減。而這一現象被專家稱之為音障(英文名:Sound Barrier)。在物體突破音障時,由於自身對空氣的壓縮無法快速地傳導,漸漸地會在物體的頂風面積聚最終形成激波面,在激波面上聲學能量大量聚集。這些能量傳到人們耳朵里時,會使人感覺到短促而十分激烈的爆炸聲,這一聲響被稱之為音爆(英文名:Sonic Boom)。
F18
威力和危害:
音爆的能量十分龐大,一架低空超音速飛行的戰鬥機產生的音爆足以震碎門窗玻璃。有專家進行測量後得出數據:一架在 16000米的高空以兩倍音速飛行的協和客機產生的音爆對地面產生的壓強高達100帕,也就是說大概和給一塊一平米左右的玻璃窗上施加10公斤的力差不多,玻璃嘩嘩直響就不難解釋了。我們把壓強換算成更直觀的聲強,100帕大約相當於133分貝,如果你恰好身處某重金屬搖滾音樂會的大音箱旁邊,就知道133分貝的聲音是怎樣的了,因此協和客機也被禁止在陸地上進行超音速飛行。
協和客機。圖片來源:wikipedia
「音爆」的強弱以及對地面影響的大小,與飛機垂直飛行高度有著直接的關係。因為,激波和水波一樣,距離越遠,波的強度也越弱。當飛機作低空超音速飛行時,不但地面的人畜能聽到震耳欲聾的巨響,嚴重的還會震碎玻璃,甚至使得不太堅固的建築損壞、倒塌,造成重大的影響。隨著飛行高度的增加,這種影響會越來越弱,當超過了一定的高度之後,基本上就影響不到地面了。
如果你沒聽過音爆,那麼建議你可以去逛逛公園。據說很多老大爺喜歡的抽陀螺健身運動,通過使用皮鞭去抽陀螺而發出的啪啪啪聲其實就是小小的音爆喔~

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