Return to Video

音爆问题 - Katerina Kaouri

  • 0:07 - 0:11
    人类已经痴迷于速度很多年了
  • 0:11 - 0:15
    人类的进步史就是一部不断加速的速度史
  • 0:15 - 0:19
    而其中最重要的成就之一
  • 0:19 - 0:22
    就是突破音障
  • 0:22 - 0:25
    飞机成功试飞后不久
  • 0:25 - 0:30
    飞行员们越来越追求高度
  • 0:30 - 0:32
    然而，剧烈的颠簸
  • 0:32 - 0:38
    和巨大的阻力阻止了他们前行的脚步
  • 0:38 - 0:42
    其中一些飞行员尝试规避高速飞行的风险
  • 0:42 - 0:44
    但结果常常是悲剧性的
  • 0:44 - 0:48
    1947年，飞行器设计水准得到了提高
  • 0:48 - 0:52
    可调水平尾翼，又叫全动尾翼的出现
  • 0:52 - 0:56
    使一名名叫查克·叶格的美国空军飞行员
  • 0:56 - 1:04
    驾驶X-1试验机飞行度速度达到1127千米/秒
  • 1:04 - 1:07
    成为第一个突破音速
  • 1:07 - 1:10
    飞得比声音还快的人
  • 1:10 - 1:14
    X-1试验机是许多超音速飞机模仿的对象
  • 1:14 - 1:18
    之后有些飞机的航速甚至能突破3马赫
  • 1:18 - 1:22
    飞机在超音速飞行时会产生冲击波
  • 1:22 - 1:26
    像雷鸣一样的声音，就是我们熟知的音爆
  • 1:26 - 1:29
    音爆会危害附近的人畜
  • 1:29 - 1:31
    甚至伤及周边建筑物
  • 1:31 - 1:32
    因此
  • 1:32 - 1:35
    全世界的科学家们开始研究音爆
  • 1:35 - 1:38
    试图阻止其在大气中传播
  • 1:38 - 1:42
    研究它的响度，以及何时停止
  • 1:42 - 1:45
    为了更好的理解科学家研究音爆
  • 1:45 - 1:48
    我们拿一些最基本的声音举例子
  • 1:48 - 1:52
    想象往平静的池塘扔小石子
  • 1:52 - 1:53
    看到了什么？
  • 1:53 - 1:56
    小石子引发的波浪在水中传播
  • 1:56 - 1:59
    所有方向的速度都一样
  • 1:59 - 2:03
    这些半径持续扩大的圆圈叫做波阵面
  • 2:03 - 2:06
    同样，虽然我们看不见
  • 2:06 - 2:09
    一个像家庭音响那样的固定声源
  • 2:09 - 2:12
    在制造向外的声波
  • 2:12 - 2:14
    波向外传播的速度取决于
  • 2:14 - 2:18
    海拔、气温等因素
  • 2:18 - 2:24
    在海平面高度，音速约为1225千米/秒
  • 2:24 - 2:27
    与二维位表面上的圆圈不同
  • 2:27 - 2:31
    波阵面是同心球面
  • 2:31 - 2:36
    声音沿射线传播，垂直于波阵面
  • 2:36 - 2:40
    想象一个移动声源，比如火车汽笛
  • 2:40 - 2:43
    持续朝同一方向移动
  • 2:43 - 2:48
    声源前方的波会聚拢
  • 2:48 - 2:53
    增大的波频便引发了著名的多普勒效应
  • 2:53 - 2:56
    ——接近观测者的物体声调会变高
  • 2:56 - 3:00
    但只要声源移动的速度比声波传播的速度慢
  • 3:00 - 3:03
    他们就会保持相互嵌套的状态不变
  • 3:03 - 3:08
    只有当物体以超音速移动，比它自己发出的声音还快的时候
  • 3:08 - 3:11
    波的图像才会发生巨大变化
  • 3:11 - 3:13
    当它超越了自己先前发射的声波
  • 3:13 - 3:16
    同时又生成了新的声波
  • 3:16 - 3:20
    波们就被迫挤在一起了，形成了马赫锥
  • 3:20 - 3:23
    当它靠近时，观测者听不到任何声音
  • 3:23 - 3:28
    因为物体比它自己制造的声音还快
  • 3:28 - 3:33
    只有物体超越观测者之后，观测者才能听见音爆
  • 3:33 - 3:37
    马赫锥接触地面形成一条双曲线
  • 3:37 - 3:41
    当它前行时留下一条轨迹叫做超音速爆音区
  • 3:41 - 3:46
    这可以用来划分受音爆影响的区域
  • 3:46 - 3:49
    如何计算音爆的强度？
  • 3:49 - 3:53
    可以通过求解著名的纳维-斯托克斯方程
  • 3:53 - 3:56
    来找寻空气中气压的变化
  • 3:56 - 4:00
    因为超音速飞机是在空气中飞行的
  • 4:00 - 4:04
    由此导致了名叫N波的压力场特征
  • 4:04 - 4:05
    这个形状表示什么？
  • 4:05 - 4:10
    音爆的出现是由于气压骤变
  • 4:10 - 4:12
    N波包括两个爆炸：
  • 4:12 - 4:15
    一个在机头气压骤升时
  • 4:15 - 4:18
    另一个在机尾越过马赫锥时
  • 4:18 - 4:21
    气压瞬间恢复正常
  • 4:21 - 4:23
    这导致了两次爆炸
  • 4:23 - 4:27
    但人类通常只听到一声爆炸
  • 4:27 - 4:30
    飞行中，电脑模型利用这个原理
  • 4:30 - 4:34
    以及提供的航行轨道和空气数据
  • 4:34 - 4:38
    常能预测音爆的位置和强度
  • 4:38 - 4:41
    关于减弱音爆的研究也正在进行
  • 4:41 - 4:46
    与此同时，超音速飞机仍不允许飞越土地上空
  • 4:46 - 4:49
    所以，音爆是近期的发明吗？
  • 4:49 - 4:50
    不是。
  • 4:50 - 4:53
    当我们还在找寻降噪的途径时
  • 4:53 - 4:56
    很多动物们已经在利用音爆了
  • 4:56 - 5:04
    梁龙似乎能让它的尾巴通过敲击达到1200千米/秒的速度
  • 5:04 - 5:08
    来威慑捕食者
  • 5:08 - 5:12
    某些种类的虾也能在水下制造相似的冲击波
  • 5:12 - 5:16
    只需弹一下它巨大的钳子
  • 5:16 - 5:20
    就能远距离惊吓甚至杀死被食者
  • 5:20 - 5:22
    所以当人类在对速度不懈的追求中
  • 5:22 - 5:25
    取得了重大进步时
  • 5:25 - 5:27
    却发现大自然早已先行一步
Title:
音爆问题 - Katerina Kaouri
Speaker:
Katerina Kaouri
Description:

观看完整课程： http://ed.ted.com/lessons/what-causes-sonic-booms-katerina-kaouri

飞得比音速还快的物品（像是极快的飞机）会产生冲击波，伴随着想雷声一般的噪音，这被称为音爆。音爆会危害附近的人畜，甚至伤及周边建筑物。Katerina Kaouri详细地向我们讲述了科学家是如何运用数学来预测音爆在大气层中的轨迹，会在哪儿着落，和会多响。

课程教授：Katerina Kaouri 动画制作： Anton Bogaty
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:44

Chinese, Simplified subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.