图源:小编酸奶瓶
不过,一旦你开始移动,边跑边喊“我爱好奇号”时,情况就变了。在移动方向上,后续产生的声波会挤压之前的声波。
举个例子,当你不断大喊着跑向好奇喵,好奇喵会听到“我爱好奇号”的声音越来越大,这就是声波被压缩堆叠的结果。直到你跑过好奇喵,“我爱好奇号”的声音便会变小远去。
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现在,鉴于你对好奇号的热爱,小编要赋予你“飞一般的速度”,让你成为“好奇号宣传大使”。
于是,你一边大喊着“我爱好奇号”,一边移动得越来越快。常温常压下,声音在空气中传播的速度约为340米/秒,这个速度被称为“音速”。
此时,你的速度接近音速,声波来不及“散开”,会在前方不断堆积,形成一堵“声波墙”。
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这个时候,空气对你的阻力会大大增强,使你难以加快移动速度,这种现象叫作“音障”。
不过,你现在可是有超能力的人!只要你继续加速,就能“撞破”这堵墙,实现“超音速”。当你以超音速移动时,前方的空气会受到剧烈压缩,形成“冲击波”。
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冲击波上汇聚了大量能量,当它扫过人耳时,会引起鼓膜的振动。这种振动经由听骨链的放大和毛细胞的转化,最终会以电信号的形式通过听觉神经传入大脑。大脑对电信号进行解读后,人们便会听到一声巨响,这就是“音爆”。
所以,并不是声音真的会爆炸,只是人耳听到的这一声巨响像爆炸声罢了。
你可能以为,鞭子的响声是鞭子抽打空气或地面造成的。但科学研究发现:真正发出巨响的,是鞭梢末端实现了超音速,产生了音爆。
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是的,你没听错——鞭梢的速度可以超过340米/秒!
但是,鞭子这么轻,是怎么做到超音速的?
目前普遍的解释是能量守恒定律。具体来讲,当我们甩鞭子时,就给鞭子“注入”了能量。
这个能量有个神奇的计算公式:KE= 1/2 mv²,其中KE代表动能,m代表质量,v代表速度。
也就是说,在动能不变的前提下,质量越小的物体,速度越快。
接下来,让我们一起看看,“甩鞭子”是怎么和这个公式关联到一起的。
甩出鞭子后,鞭绳会产生弯曲。这个弯曲的地方会像波浪一样,从鞭把附近向鞭梢末端移动,鞭绳会随着“弯曲”的移动逐渐静止,保持运动的部分会越来越少 。
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这意味着,保持运动的鞭绳质量会越来越小。而大多数鞭子都是从粗到细的造型,这也会使质量变小。
因此,在动能不变的情况下,鞭绳的速度就会越来越快,在鞭梢末端达到最大值。当鞭梢末端的速度超过音速,就会产生音爆。
不过,也有人提出,实际甩鞭子的时候,动能会因为鞭绳的摩擦损失一部分,并非保持不变。但也有学者以牛顿第二定律(物体的加速度与施加到该物体上的力成正比)为基础,进行了复杂的计算,发现甩鞭子时的动能的确是守恒的。返回搜狐,查看更多