杭州多地居民听见巨响,一些居民楼的窗户都出现震动,这到底是什么声音?

简单地说,这就是声爆,也叫声轰。这是一种简单的物理现象,许多人对这种现象一直很迷惑,又不去究其原因,就随便给它弄个由头,如“放炮”、“打雷”,甚至有人联想到“地震”。

但这种现象一般都出现在大晴天,“晴天响雷敲金鼓”,这只是《英雄儿女》电影里的一句歌词,在现实中却难以出现;而“放炮”则是过去开山炸石时的爆破声,一般在中午吃饭时发生,这种爆破在改革开放初期常有,因为那时到处都在搞建设。但现在到处抓环保保护生态,这种随意破坏环境的爆破开采已经很少见了。

而人们常听到的音爆比炸石爆破声响多了,“轰”的一声或两声突然爆发,震得门窗刷刷好一阵,一个县级城镇会波及每个角落。而爆破炸石只是靠近爆炸点不远才会很响,远一点就没有多响了。

“地震”的说法就更悬了,常常听到爆炸声,可地震一直也没来。

且爆轰过后,人们往往还会听到一阵飞机的“嗡嗡”声,于是有人又认为是飞机“打炮”。其实这已经接近真相了,说对了飞机,不过不是“打炮”,飞机怎么能够随意在人们头顶“打炮”呢?原来这是超音速飞机产生的声爆现象。

何为声爆

当一个物体的运动速度达到音速时,声波无法离开物体向前运动,开始在物体前面堆积,形成一个声音屏障;当物体的运动速度超越音速,就会超过这个音障,冲到声音的前面去。

这样,这个超音速移动的物体,就会在自己前方产生稳定的弓形震波,观察者看到这个物体朝自己飞来时听不到声音,而物体通过后,其产生的震波就会传来,由于空气压力差而导致爆裂声,这就是声爆。

声爆的力量根据物体大小产生的力量不一样,物体质量越大,产生的冲击波就越大,声爆就越厉害,噪音污染区就越大。如果超音速飞机飞得很低,音爆甚至会震碎窗户玻璃 。

人类最早发现的声爆是甩鞭子,车把式甩鞭子时鞭稍会啪啪脆响,据科学分析,就是超音速时产生的声爆。

其产生原理是由于鞭子较长,从根部到鞭稍由粗到细,甩出时根部所发出的动量就更大,根据动量守恒定律,当这股力量传递到鞭稍时,极细的鞭稍要与这股力量守恒,就只有加快运动速度,这样就得到一个超音速的音爆。

由于音爆力量很强,因此如果这种鞭子甩到人会让人受很大伤害。而古代皇宫太监甩鞭子,叫“静场”,“啪啪”的脆响能够传递很远,是告知大家皇帝要出场了,所有官民都要跪候或回避。

而一些地区时常听到的声爆,是超音速飞机通过自己上空发出的震波扫下来的那一下,因此一般只会听到一次爆炸声。如果这架飞机不以超音速返回,也就没有另一次震波扫过了。前后连续发出两声,是因为有两架战机在训练,几乎同时通过你的上空而已。

音爆之前,听不到飞机嗡嗡声,是因为飞机速度超过了音速,到你头顶声音还没有过来;音爆过后听到飞机嗡嗡声,是因为飞机早就飞过去了,声音留在了身后。

音速有多快

音速当然就是声音的传播速度,超过音速的物体运动就是超音速,前面说的声爆就是在物体超音速运动产生的冲击波爆裂声。

声音必须通过介质振动来传播,在无介质的真空中是不能传播的,所以如果在太空,即便近距离发生原子弹爆炸,也无法听到声音,当然也没有冲击波。声音在不同介质中传播速度是不一样的,与物体密度是成正比的,也就是说物体的密度越大,传播速度就越快。

因此声音在固体中传播最快,液体中传播次之,气体中传播速度是最慢的。研究数据表明,声音的传播速度在水中约为1500米/秒;在冰中约为3230米/秒,在木头中根据木头软硬不同约为500~2000米秒;在铜棒中约为3750米/秒;在钢铁中约为5200米/秒。

气体密度比较小,因此声音在空气中传播比较慢,一般为340米/秒。而空气的密度又是与温度和气压密切相关,因此声音在不同温度密度的空气中传播速度也不一样,340米/秒是指在海平面一个大气压密度下,15℃的声音的传播速度。

同样是海平面,当温度为0℃时,声速则为331.5米/秒;而在万米高空,温度和气压都较低,声音的传播速度就慢了许多,只有约295米/秒。

物体运动的音速指标,一般是指物体在空气中的运动速度,采用马赫作为衡量单位,1马赫就是1倍音速,以此类推。由于不同高度的空气密度和温度是不一样的,因此马赫也是一个动态单位,但一般是以约340米/秒来计量,这样1马赫就是时速约1224千米。

为啥城市很少听到音爆

超音速飞机一般都是军用战斗机,战机训练时超过音速到达我们头顶上空时,机会产生声爆,有时一响,有时两响。一响一般是一架飞机在训练,两响应该是两架飞机在训练,两架飞机会前后紧接发出声爆的轰声。

飞机声爆会形成一个地面轰声污染区,其宽度可达约80~160千米,长度则覆盖飞机飞经的全部区域,并向机头机尾延伸160公里,在这个区域,会产生130分贝的噪音,一定程度影响人们生活和身体健康。

真正的影响程度有多大,还要看飞行时间长短和飞行高度等。为了减少对人们的影响,超音速战机训练时,一般会避开人口稠密的大城市,只会在边远人口稀少的空域,因此声爆轰响主要出现在一些乡村或小城镇,大城市几乎极少出现这种现象。

现代战机一般巡航半径在1000千米左右,因此,有超音速战机爆轰出现的地区,一般与军用机场距离不会超过1000千米。

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