超聲速狀態下的聲波是怎麼傳播的?

如題,想問問假設介質運動速度方向與超聲波傳播方向相逆的時候會發生神馬 ,介質就比如氣或者水好了


簡單起見,我們討論在空氣中以超音速運動的情形

1、在一個密閉的容器內:

比如現在有一輛全封閉的火車,火車正在以400m/s運行。小人A與小人B在車內談話。雖然車速大於空氣中的聲速(0攝氏度時,334m/s),但是,小人A、B與他們之間的空氣是在同一個慣性參考系中的,他們的相對速度為0。因此,聲音的傳播和靜止情況下是一樣的。

2、在一個開放的容器內:

同樣是以400m/s運動的火車,假設火車的車皮被拆除了,小人A對小人B講話。這個時候,空氣與小人AB之間有了相對運動,也就意味著,聲源的運動狀況和聲音的傳播速度沒有關係了,無論聲源以什麼方式運動,聲源產生的聲音都是相對於大地以334m/s的速度運動。我們分情況討論;

A:兩人位置與運動方向平行,聲音傳播方向與運動方向相反

這就是一個經典的多普勒效應產生場景。毫無疑問B能夠聽到A所發出的聲音,但是頻率會變大,即聲音更加刺耳。具體在這個例子裡面,f2=(734/334)*f1

B:兩人位置與運動方向平行,聲音傳播方向與運動方向相同

顯然,A的速度比聲速快,因此A聽不見B所發出的聲音。

C:兩人位置與運動方向垂直,聲源為點源

因為是點源,所以聲音在火車運動方向速度分量小於等於334m/s,小於B的運動速度,因此B聽不見A所發出的聲音。

D:兩人位置與運動方向垂直,聲源為線陣列

A發出的聲音在運動方向速度分量為0,所以B聽不到A發出的聲音。Default:A、B其他的位置關係,參照上述考慮方法即可得到相應的結論。

Complementary Statement:關於音爆——百度知道里解釋,當運動速度大於聲速時,會形成音爆(音障)。就我所學來說,這個條件是不充分的,運動比聲速快時還需要處於加速狀態才能形成音爆(比如子彈出膛速度比音速大的多,而做減速運動,因此無音爆現象)。

該問題並未給出加速度的狀態,因此,以上回答均默認勻速運動。至於在加速運動情況下,產生了音爆,此時的聲音傳播是怎樣的狀態,已經超出我的能力範圍,有興趣的朋友請自行查閱相關資料進行研究,謝謝。


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