11月3日00：07分左右
河南平頂山市區(qū)突然傳出巨響
不少睡夢中的市民被驚醒
【資料圖】
3日上午
平頂山應(yīng)急管理局發(fā)布了相關(guān)情況說明
原因初步判定為音爆
什么是音爆？
音爆有什么危害嗎？
音爆究竟是什么？
音爆是發(fā)生在自然界里的一種物理現(xiàn)象。
我們經(jīng)常看到汽艇在水中航行時(shí)，由于汽艇航行過程中對水產(chǎn)生擾動，在水中會產(chǎn)生水波，水波在汽艇四周向各個方向擴(kuò)散，同時(shí)，我們在航行方向兩側(cè)可以看到兩道三角形的水痕跡，向外推開。
圖源：中國科普博覽
同樣的道理，如果給空氣一個擾動，聲音也會像水一樣通過波的形式向外傳播，這就是聲波。當(dāng)飛行器在空中飛行時(shí)，也會產(chǎn)生擾動，擾動也會在空氣中產(chǎn)生聲波，這時(shí)空氣中的聲波也會向飛行器四周擴(kuò)散。
如果是亞聲速飛行（速度比聲速小）飛行器的速度追不上聲波傳播速度。這時(shí)會像汽艇在水中航行一樣，在空氣中聲波會向四周各個方向擴(kuò)散，同時(shí)在尾部產(chǎn)生兩道三角形的氣流痕跡（飛行表演時(shí)我們看見的尾部彩色帶就是氣流痕跡）。
圖源：網(wǎng)易新聞視頻截圖
當(dāng)飛行器以聲速或超聲速飛行時(shí)，由于飛行器飛行速度比聲速要快，這些聲波會全部疊加在一起，在飛行器的頭部和突出部形成錐形激波。飛行器在聲速飛行的特殊情況下，錐形激波退化為一個平面波。
無論是錐形激波還是平面激波都聚集了大量的聲學(xué)能量。這些能量傳到地面上人們的耳朵里時(shí)，耳鼓膜感受到空氣壓強(qiáng)突然增加，讓人們感受到短暫、而又極其強(qiáng)烈的、雷鳴般的爆炸聲，這就是音爆（聲爆）。
圖源：中國科普博覽
一般說來
超聲速飛行器飛行時(shí)往往會形成兩道激波
一道激波包裹機(jī)頭前部
另一道激波在機(jī)身后部
它們差不多同時(shí)傳播到地面
并在地面上反射
形成一個N形反射激波
因此，我們在遇到音爆時(shí)
常常可能會聽到兩聲“爆炸”聲
圖源：中國科普博覽
飛行器穿上“婚紗”——音爆云
伴隨飛行器高速飛行產(chǎn)生音爆的同時(shí)，飛行器頭部的激波后面的壓力和溫度增高，但在飛行器尾部后面卻會出現(xiàn)低溫和低壓區(qū)，這就改變了尾部后面的空氣狀態(tài)，使空氣中的水汽在新的條件下發(fā)生凝結(jié)，形成云霧，這就是人們常說的“音爆云（聲爆云）”。
圖源：中國科普博覽
音爆云和錐形激波形狀類似，呈現(xiàn)錐形狀，和飛行器的機(jī)身垂直，通常只能持續(xù)幾秒鐘。但是，并不是在每架飛行器在飛行中都會產(chǎn)生音爆云現(xiàn)象。音爆云的出現(xiàn)不僅和激波強(qiáng)度有關(guān)，還和周圍空氣的氣象條件有密切的關(guān)系。因此，只能在特定的天氣條件下才會出現(xiàn)音爆云。
超音速轟炸機(jī)的音爆瞬間 圖源：海寧科普
一架戰(zhàn)機(jī)正好穿過音障 圖源：海寧科普
生活中的音爆
其實(shí)音爆也經(jīng)常發(fā)生在公園里，很多老年人喜歡抽陀螺健身，清脆的啪啪聲就是一次次小的音爆。根據(jù)觀測，抽鞭子的時(shí)候鞭梢的速度已經(jīng)突破了音速。
圖源：北方晨報(bào)
2002年《物理評論快報(bào)》發(fā)表了研究人員對鞭子音爆的產(chǎn)生原因的分析，研究顯示鞭鞘的速度能達(dá)到2馬赫（2倍音速）。據(jù)作者計(jì)算，尖端的速度能夠達(dá)到鞭子初始速度的30倍以上。
圖源：Smarter Every Day鞭鞘產(chǎn)生沖擊波
音爆有哪些危害？
超聲速飛行器產(chǎn)生的音爆的傳播范圍很廣，能量也是非常大的。在速度和高度都合適的條件下，沿著飛行器飛行軌跡下面，一路上都會聽到音爆的聲音。
例如，當(dāng)飛行器飛行速度是2倍聲速、高度是3000米時(shí)，人們可在60千米的范圍內(nèi)都聽到音爆的聲音。
當(dāng)飛行器在低空做超聲速飛行時(shí)，地面上的人們能聽到震耳欲聾的巨響，嚴(yán)重的還可能震碎玻璃，甚至損壞不堅(jiān)固的建筑物。
如果我們把音爆的壓強(qiáng)換算成更直觀的聲強(qiáng)：100帕的壓強(qiáng)大約相當(dāng)于133分貝。這時(shí)音爆引起的噪聲對人體的傷害還是很嚴(yán)重的，特別對人的耳膜會有傷害。
如何消除音爆？
影響音爆產(chǎn)生的因素很多，例如飛行速度、高度、航線和周圍的氣象條件等。一般而言，人們對于飛行速度、高度和航線等因素是可以控制的，但對于氣象條件和接近地面的湍流狀態(tài)等是無法控制的。
目前為了消除飛行器飛行時(shí)產(chǎn)生音爆，科研人員主要在超聲速飛行器的設(shè)計(jì)、制造和控制等方面，通過改善飛行器的氣動外形、關(guān)鍵部件的材料性能、提高飛行器消音器性能和設(shè)置隔音裝置等。
資料來源：中科院物理所、海寧科普、中國科普博覽
整理：董小嫻 蔡琳
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