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11月3日00：07分左右 河南平頂山市區(qū)突然傳出巨響 不少睡夢(mèng)中的市民被驚醒 3日上午 平頂山應(yīng)急管理局發(fā)布了相關(guān)情況說明 原因初步判定為音爆  什么是音爆？ 音爆有什么危害嗎？ 音爆究竟是什么？ 音爆是發(fā)生在自然界里的一種物理現(xiàn)象。 我們經(jīng)常看到汽艇在水中航行時(shí)，由于汽艇航行過程中對(duì)水產(chǎn)生擾動(dòng)，在水中會(huì)產(chǎn)生水波，水波在汽艇四周向各個(gè)方向擴(kuò)散，同時(shí)，我們?cè)诤叫蟹较騼蓚?cè)可以看到兩道三角形的水痕跡，向外推開。  圖源：中國(guó)科普博覽 同樣的道理，如果給空氣一個(gè)擾動(dòng)，聲音也會(huì)像水一樣通過波的形式向外傳播，這就是聲波。當(dāng)飛行器在空中飛行時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，擾動(dòng)也會(huì)在空氣中產(chǎn)生聲波，這時(shí)空氣中的聲波也會(huì)向飛行器四周擴(kuò)散。 如果是亞聲速飛行（速度比聲速小）飛行器的速度追不上聲波傳播速度。這時(shí)會(huì)像汽艇在水中航行一樣，在空氣中聲波會(huì)向四周各個(gè)方向擴(kuò)散，同時(shí)在尾部產(chǎn)生兩道三角形的氣流痕跡（飛行表演時(shí)我們看見的尾部彩色帶就是氣流痕跡）。  圖源：網(wǎng)易新聞視頻截圖 當(dāng)飛行器以聲速或超聲速飛行時(shí)，由于飛行器飛行速度比聲速要快，這些聲波會(huì)全部疊加在一起，在飛行器的頭部和突出部形成錐形激波。飛行器在聲速飛行的特殊情況下，錐形激波退化為一個(gè)平面波。 無論是錐形激波還是平面激波都聚集了大量的聲學(xué)能量。這些能量傳到地面上人們的耳朵里時(shí)，耳鼓膜感受到空氣壓強(qiáng)突然增加，讓人們感受到短暫、而又極其強(qiáng)烈的、雷鳴般的爆炸聲，這就是音爆（聲爆）。  圖源：中國(guó)科普博覽 一般說來 超聲速飛行器飛行時(shí)往往會(huì)形成兩道激波 一道激波包裹機(jī)頭前部 另一道激波在機(jī)身后部 它們差不多同時(shí)傳播到地面 并在地面上反射 形成一個(gè)N形反射激波 因此，我們?cè)谟龅揭舯瑫r(shí) 常?？赡軙?huì)聽到兩聲“爆炸”聲  圖源：中國(guó)科普博覽 飛行器穿上“婚紗”——音爆云 伴隨飛行器高速飛行產(chǎn)生音爆的同時(shí)，飛行器頭部的激波后面的壓力和溫度增高，但在飛行器尾部后面卻會(huì)出現(xiàn)低溫和低壓區(qū)，這就改變了尾部后面的空氣狀態(tài)，使空氣中的水汽在新的條件下發(fā)生凝結(jié)，形成云霧，這就是人們常說的“音爆云（聲爆云）”。  圖源：中國(guó)科普博覽 音爆云和錐形激波形狀類似，呈現(xiàn)錐形狀，和飛行器的機(jī)身垂直，通常只能持續(xù)幾秒鐘。但是，并不是在每架飛行器在飛行中都會(huì)產(chǎn)生音爆云現(xiàn)象。音爆云的出現(xiàn)不僅和激波強(qiáng)度有關(guān)，還和周圍空氣的氣象條件有密切的關(guān)系。因此，只能在特定的天氣條件下才會(huì)出現(xiàn)音爆云。  超音速轟炸機(jī)的音爆瞬間圖源：海寧科普  一架戰(zhàn)機(jī)正好穿過音障圖源：海寧科普 生活中的音爆 其實(shí)音爆也經(jīng)常發(fā)生在公園里，很多老年人喜歡抽陀螺健身，清脆的啪啪聲就是一次次小的音爆。根據(jù)觀測(cè)，抽鞭子的時(shí)候鞭梢的速度已經(jīng)突破了音速。  圖源：北方晨報(bào) 2002年《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表了研究人員對(duì)鞭子音爆的產(chǎn)生原因的分析，研究顯示鞭鞘的速度能達(dá)到2馬赫（2倍音速）。據(jù)作者計(jì)算，尖端的速度能夠達(dá)到鞭子初始速度的30倍以上。  圖源：Smarter Every Day鞭鞘產(chǎn)生沖擊波 音爆有哪些危害？ 超聲速飛行器產(chǎn)生的音爆的傳播范圍很廣，能量也是非常大的。在速度和高度都合適的條件下，沿著飛行器飛行軌跡下面，一路上都會(huì)聽到音爆的聲音。 例如，當(dāng)飛行器飛行速度是2倍聲速、高度是3000米時(shí)，人們可在60千米的范圍內(nèi)都聽到音爆的聲音。 當(dāng)飛行器在低空做超聲速飛行時(shí)，地面上的人們能聽到震耳欲聾的巨響，嚴(yán)重的還可能震碎玻璃，甚至損壞不堅(jiān)固的建筑物。 如果我們把音爆的壓強(qiáng)換算成更直觀的聲強(qiáng)：100帕的壓強(qiáng)大約相當(dāng)于133分貝。這時(shí)音爆引起的噪聲對(duì)人體的傷害還是很嚴(yán)重的，特別對(duì)人的耳膜會(huì)有傷害。 如何消除音爆？ 影響音爆產(chǎn)生的因素很多，例如飛行速度、高度、航線和周圍的氣象條件等。一般而言，人們對(duì)于飛行速度、高度和航線等因素是可以控制的，但對(duì)于氣象條件和接近地面的湍流狀態(tài)等是無法控制的。 目前為了消除飛行器飛行時(shí)產(chǎn)生音爆，科研人員主要在超聲速飛行器的設(shè)計(jì)、制造和控制等方面，通過改善飛行器的氣動(dòng)外形、關(guān)鍵部件的材料性能、提高飛行器消音器性能和設(shè)置隔音裝置等。 資料來源：中科院物理所、海寧科普、中國(guó)科普博覽 整理：董小嫻 責(zé)編：木子
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