年都过完了,你却还不认识“激波”?

 

你知道吗,其实鞭炮和子弹有着共同的奥秘。今天,我们就来科普一下。...





短暂的春节就这样结束了,童鞋们是不是和小编一样,已经开始假期综合征了?今年不能燃放烟花爆竹,总觉得过年的气氛少了些。提起鞭炮,你可能还不知道吧,它们和子弹有着共同的奥秘——激波。今天,我们就来科普一下。

激波的来源
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。举例来说,在一群滑雪比赛的人中,如果最前面的一个忽然被大树挡住,同时又来不及警告后面的人,结果大家便一个跟着一个地碰在一起,成了一个密度大的人堆。这时,就出现了激波。



一般来说,激波的产生有两种方法:一种是利用火药的爆炸,比如鞭炮爆炸;另一种是利用物体的高速运动,比如发射出去的炮弹和超声速飞行的飞机。
激波的“波动”
如果空气里的压强忽然发生变化,这种变化就会向各方传播,产生“波动”。就像投一块石头到水里,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,就叫做小振幅波,平常的声波便是属于这一类的。反之,便叫做大振幅波。由于振幅小的关系,声波的传播对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,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。波动所产生的压强变化大,在气体里所引起的质点运动也就大。对于固定的坐标说,大振幅的传播速度便是质点速度与声速之和。因为压强影响声速,而声速又与质点的速度有直接关系,结果大振幅的波动在传播过程中便不可能保持固定不变的波形。
激波的传播
我们可以设想这样一个简单的实验:在一根很长的直管里装置一个活塞,使活塞前后运动,在管内静止的气体里就能发生波动。当活塞急速往后退使它附近的气体膨胀时,所发出向前传播的波便是一个膨胀波,因为显然波头的压强高而波尾低。如果活塞向前急速推进,使附近气体压缩,则在气体里就会产生一个向前传播的压缩波。这个连续的压缩波很快会演变成为一个不连续的波,即激波。当激波形成以后,就向前传播。如果活塞的速度不变,激波的传播速度也就不变。对于随着激波一起运动的坐标来说,这个运动便是一个定常运动,由于传播方向与波面垂直,这个激波也叫做正激波。

一般情况下,正激波运动所牵涉到的参数有激波前后气体的压强、密度和温度以及激波和活塞的速度。而在实际问题中,波前气体的状态是事先就可以肯定的,但与活塞运动相应的速度或激波传播的速度,则一般不能预知,这就需要人们给定或测量。



其实,激波是一个很普通的现象:它发生在高速气流里、强烈的燃烧里(即爆震波),甚至是星的爆炸和太阳表面气体的冲射。为了提高航空和火药爆炸的新技术,研究激波对于气流和火药爆炸的影响和作用都是很重要的。近年来,天文物理学家还引用激波的特点来理解星际间的现象。如果大家有兴趣,可以自行搜索资料,对激波进行更深入的了解哦!


    关注 科学24小时


微信扫一扫关注公众号

0 个评论

要回复文章请先登录注册