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年過了鞭炮都放完了,你卻不知道激波是個啥?

來源: 網絡整理 作者: 網絡 發布時間:2017-02-06 10:25:34

  春節假期已經結束,是不是感覺假還沒休夠,春節就過去了?是不是現在已經開始想念家里的飯菜,開始想念除夕夜和家人一同放鞭炮看煙火了?

年過了鞭炮都放完了,你卻不知道激波是個啥?

  提起鞭炮和煙火,你可能還不知道吧,它們和子彈有著共同的奧秘,那就是激波。

  今天,大院er特別精選了《院士談力學》一書中郭永懷院士談激波的內容,讓我們跟隨郭院士一起了解爆炸中的力學知識。

  其實無論是爆竹的爆炸或是大炮的發射,在我們聽到“拍”或“轟”的一聲的時候,假如空氣密度的疏密是眼睛看得見的話,我們就會看見一個密度很大的空氣層從我們身上掠過去。

  這時如果把空氣里的壓強分布用曲面表示出來,在那個密度大的氣層里,這個面就像個小山峰一樣。要是用照像的方法把它照下來,照片上就呈現為一條黑線。

  激波是哪里來的?

大炮反射最初一瞬的情形

大炮反射最初一瞬的情形

  一般說來, 產生激波有兩種方法:一種方法是利用火藥的爆炸,比如煙火爆竹的爆炸可以產生激波;另外一種方法是利用物體的高速運動,例如發射出去的炮彈和超聲速飛行的飛機。

炮彈高速運動產生的激波

炮彈高速運動產生的激波

  這樣從炮彈尖端所發出的兩條黑斜線就是激波,由于壓強在激波上突然地增加,當炮彈或高速飛機飛過我們時,我們便能聽到“拍”的一聲響。

  激波是一種不連續的傳播現象,在自然界里經常發生,它會在有坡度的河流里出現“水躍”,甚至在城市中的人群里出現。

  讓我們舉個例:一群賽跑的人,如最前面的一個忽然被交通擋住,而同時來不及警告后面的人,結果大家都來不及準備,便一個跟著一個地碰在一起,成了一個密度大的人堆,這就出現了激波,它以很高的速度對著跑的人傳播過來。

激波的形成

激波的形成

  其實激波的形狀并不都是一樣的。

  大體說來激波共有以下幾類:球面、柱面、平面(又分正面和斜面兩種)。

  它們的共同之點是,在和波面垂直的方向,壓強、溫度、密度的變化是突然的。

  在普通情況下,這種變化可以利用躍變來表示,而這個不連續的躍變差(通常用壓強差△P來表示)便叫做激波的強度。激波愈強,堪變差就愈大。

圖片來源:搜狗百科

圖片來源:搜狗百科

  激波的“波動”

  如果空氣里忽然發生壓強變化,這種變化就會向各方傳播,這就產生大家所熟知的所謂“波動”,就像投一塊石頭到水里時,在水面上所出現的現象一樣。

  如果波動區域里壓強的起伏小,便叫做小振幅波,平常的聲波便是屬于這一類的。如果波動區域里壓強起伏很大,便叫做大振幅波。

  由于振幅小的關系,聲波的傳播對于氣體的壓強和密度影響非常小,結果聲波就像沿著一條細長線而傳播的波動一樣,完全和這時介質的運動情況無關,而是只取決于空氣在未擾動情況下的狀態。

  如果大氣是均勻的,聲波相對于介質的傳播速度便是個與波長無關的恒量。

  在標準狀態下,這個數值是每秒331米,傳播速度既然是恒量,波動區域里壓強和速度的微弱變化,即“波形”,便能保持固定不變地向前傳播。

  波動的振幅大時,情形就變得很復雜。

責任編輯:網絡
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