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年过了鞭炮都放完了,你却不知道激波是个啥?

来源: 网络整理 作者: 网络 发布时间:2017-02-06 10:25:34

  春节假期已经结束,是不是感觉假还没休够,春节就过去了?是不是现在已经开始想念家里的饭菜,开始想念除夕夜和家人一同放鞭炮看烟火了?

年过了鞭炮都放完了,你却不知道激波是个啥?

  提起鞭炮和烟火,你可能还不知道吧,它们和子弹有着共同的奥秘,那就是激波。

  今天,大院er特别精选了《院士谈力学》一书中郭永怀院士谈激波的内容,让我们跟随郭院士一起了解爆炸中的力学知识。

  其实无论是爆竹的爆炸或是大炮的发射,在我们听到“拍”或“轰”的一声的时候,假如空气密度的疏密是眼睛看得见的话,我们就会看见一个密度很大的空气层从我们身上掠过去。

  这时如果把空气里的压强分布用曲面表示出来,在那个密度大的气层里,这个面就像个小山峰一样。要是用照像的方法把它照下来,照片上就呈现为一条黑线。

  激波是哪里来的?

大炮反射最初一瞬的情形

大炮反射最初一瞬的情形

  一般说来, 产生激波有两种方法:一种方法是利用火药的爆炸,比如烟火爆竹的爆炸可以产生激波;另外一种方法是利用物体的高速运动,例如发射出去的炮弹和超声速飞行的飞机。

炮弹高速运动产生的激波

炮弹高速运动产生的激波

  这样从炮弹尖端所发出的两条黑斜线就是激波,由于压强在激波上突然地增加,当炮弹或高速飞机飞过我们时,我们便能听到“拍”的一声响。

  激波是一种不连续的传播现象,在自然界里经常发生,它会在有坡度的河流里出现“水跃”,甚至在城市中的人群里出现。

  让我们举个例:一群赛跑的人,如最前面的一个忽然被交通挡住,而同时来不及警告后面的人,结果大家都来不及准备,便一个跟着一个地碰在一起,成了一个密度大的人堆,这就出现了激波,它以很高的速度对着跑的人传播过来。

激波的形成

激波的形成

  其实激波的形状并不都是一样的。

  大体说来激波共有以下几类:球面、柱面、平面(又分正面和斜面两种)。

  它们的共同之点是,在和波面垂直的方向,压强、温度、密度的变化是突然的。

  在普通情况下,这种变化可以利用跃变来表示,而这个不连续的跃变差(通常用压强差△P来表示)便叫做激波的强度。激波愈强,堪变差就愈大。

图片来源:搜狗百科

图片来源:搜狗百科

  激波的“波动”

  如果空气里忽然发生压强变化,这种变化就会向各方传播,这就产生大家所熟知的所谓“波动”,就像投一块石头到水里时,在水面上所出现的现象一样。

  如果波动区域里压强的起伏小,便叫做小振幅波,平常的声波便是属于这一类的。如果波动区域里压强起伏很大,便叫做大振幅波。

  由于振幅小的关系,声波的传播对于气体的压强和密度影响非常小,结果声波就像沿着一条细长线而传播的波动一样,完全和这时介质的运动情况无关,而是只取决于空气在未扰动情况下的状态。

  如果大气是均匀的,声波相对于介质的传播速度便是个与波长无关的恒量。

  在标准状态下,这个数值是每秒331米,传播速度既然是恒量,波动区域里压强和速度的微弱变化,即“波形”,便能保持固定不变地向前传播。

  波动的振幅大时,情形就变得很复杂。

责任编辑:网络
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