超音速飛機向你飛來,是飛機的轟鳴聲先聽到還是飛機先到你面前?
到底是聲音先到還是飛機先到這個道理其實很簡單,飛機發出的聲音和飛機所在的位置是一樣的。所以飛機和飛機發出的聲音誰先到,就看誰的速度快了,已知的是飛機已經超音速了,所以飛機的速度一定是快過音速的,所以飛機一定會比自身發出的轟鳴聲先到。
所謂音速,是指聲音在傳播的速度。這個速度通常不是固定的,因為在不同的高度、不同的溫度、不同的大氣壓下,音速都是會發生變化的。在零海拔15度的條件下音速為340米/秒,超過這個速度的就是超音速,低於這個速度的就是亞音速。音速的單位為馬赫,一倍音速即為一馬赫,兩倍音速即為二馬赫。
雖然很多戰鬥機都具備超音速的能力,但是所有的戰機超音速時都會遇到音障。當速度接近0.9馬赫時,飛機周圍的氣流就會發生巨大的變化,前部被推動的氣流會達到1馬赫,這樣就會產生激波,而激波會大大增加飛機的阻力,同時還會引起飛機劇烈的震動,這時如果飛機機體強度不夠就會發生斷裂,所以需要飛機的強度和推力都十分強勁才能突破音速。
不過事實上,一般情況下時不允許戰鬥機在人群上空以1馬赫以上的速度飛行的。因為這時會產生巨大的聲波,而戰鬥機低空接近人群時,巨大的聲波無法衰減,將大大超出人類身體的極限,甚至會發生失去聽覺、昏迷等癥狀。
在現實生活中,低速飛機,它還沒有飛到,我們就已聽到它的轟鳴聲,而超音速飛機,以超音速飛行時,飛過我們頭頂很遠,才聽到轟鳴聲。這裡面有什麼道理呢?
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這裡我們先明白擾動源的傳播。
飛機在在空中飛行時,它對周圍的空氣產生作用,改變空氣的密度,壓強速度,就是說飛機對空氣產生了擾動,飛機和氣流接觸的每一個點,都是一個擾動源。空氣是可壓縮的彈性介質,一處受到擾動,這個擾動便通過空氣一層一層相互作用,向四面八方傳播。
這裡所說的擾動源的傳播就是我們聽到的轟鳴聲的傳播。
我們以音速為分界點,分四種情況討論擾動的傳播。
A.擾動源靜止。打個比方,你向靜止的水面扔一塊石頭,水面便有一圈圈的同心圓向外擴散。該擾動源的傳播亦是如此。
B.擾動源以亞音速運動。運動速度小於音速,在相同的時間,擾動傳播的距離總比擾動源移動的距離遠,即擾動總是可以傳到擾動源的前面去的。
C.擾動源以等音速運動。
擾動向前傳播的速度正好和擾動源的運動速度一樣,即擾動傳播的距離和擾動源移動的距離相等,看圖,各個擾動傳播球面總與擾動源O相切。由此可見,只要運動速度和音速相等,擾動就無法傳到擾動源的前面去。
D.擾動源以超音速運動。相同時間內,擾動源移動的距離總比擾動傳播的距離遠,即擾動源總在擾動球面的前面。
這裡要引入一個概念,馬赫錐,或稱擾動錐。
由圖,擾動雖然以球面的形式傳播,但其傳播的僅僅局限在以擾動源為頂點的圓錐內,這就是馬赫錐。
通過上面的分析,可得,如果飛機以亞音速飛行,飛機的轟鳴身總在飛機前面;以大於或等於音速飛行,飛機的轟鳴聲總在飛機的後面。
所以,當飛機以超音速飛行時,我們總是先看到飛機,再聽到轟鳴聲。
這非常明顯,只要確定是
超音速飛行,如果不是知道飛機來的方向,預先向那方向張望的話。而是讓飛機突然出現在頭頂。肯定隨著飛機一掠而過,才能隨即聽到雷霆般的轟鳴。
嚴格來說,當處於超音速飛行時,飛行員因為在飛機的前部,而發動機處於他的後方,從理論上講,飛行員應該聽不到發動機的轟鳴聲,高低頻率都聽不到。只有在耳機里聽到部分從機身傳來的部分音頻。這是固體振動傳輸的音響。
看如何一個面前,如果是正對面直線過來0米誤差,飛機和轟鳴聲同時抵達。如果是從正前方飛過去,要看距離多遠的正前方,太近了感覺是同樣沒什麼差別,較遠些會是飛機先過去聲音之後聽到。就如同打人巴掌,是先疼呢還是先觸碰到手是一個道理。這個間隔多少才是孰先孰後,必須確定先決條件。
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