现代社会和现代经济高速运转,需要能量。高速运转需要更大当量的快速燃烧能量。大当量快燃能源的使用、储存和运输存在爆炸风险。当发生爆炸时,冲击波一词出现在媒体上,表示冲击波的威力有多大。
冲击波到底是什么?
这需要从普通声波开始。
图2 声波从静止声源向外传播 图2声波从固定声源向外传播
声音像池塘里的水波一样均匀地传播。
如果声源移动会发生什么?不用想了,看看下面的动画。
图3 声源向右运动 图3声源向右移动
声源运动的下游,波纹空之间的分布比图2中的分布更密集。对于下游固定点,由于声源离自身较近,声波从声源传播的时间变短。当然,上游纹波空分布比声源静止的情况更为罕见。
如果声源的移动速度等于声波的传播速度会发生什么?看下面的动画。
图4 声源移动速度与声波传播速度相等 图4声源的移动速度等于声波的传播速度
仔细观察图4中的移动声源。声源传送声波,但在声波传送之前,声源又追上来了。这样,上一步发出的声波将与捕捉声源发出的新声波叠加,运动声源处的声波将得到增强。
随着时间的发展,运动声源处的声波振幅不断增大。
理论上,当时间区域无限大时,声源处的声波振幅会无限增大,所以这个地方的声压会无限大。如果这个声源点接触到一个障碍物,它对障碍物的压力理论上是无限的。
在图4中,仅在声源的一个点上的压力是无限的。如果移动声源的速度进一步增加,压力无限大的点不再是一点,而是两条线,如下图所示。
图5 声源向右运动 图5声源向右移动
在图5中,由于声源速度太快,声波向上游传播的速度跟不上声源,所以声源引导声波运行。声波除了向上游传播,还向其他方向传播。沿传播圆包络的每一点都像图中的声源点,其声压无限叠加,变得无限大。
图8 音爆云 图8声音爆发云
当飞机速度接近音速时,声屏障云明显并伴随飞机,视觉冲击力强。
如果飞机速度穿越声速,空气压波动不接近声速,因此声屏障云不明显。而且,即使它存在,它离平面还是有一定距离的。因为这两个因素,超音速后声屏障云不明显。
从以上分析可以看出,冲击波发生的关键是声源的移动速度与声波传播速度的关系。音速通常是每秒340米,大约是每小时1224公里。该值的条件为1个大气压,空气体的温度为15℃
【爆炸冲击波 菲律宾发生连环爆炸 一文科普什么是爆炸冲击波】大气压和空气体温度会影响声速。空空气湿度对声速也有一定的影响。
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