我們經(jīng)常能在公園及廣場上，看到有一些老大爺在甩鞭鍛煉身體，每一鞭子甩出去都能聽到“啪”的一聲，而且聲音還非常的響亮，所以有時候還會被投訴擾民，那為什么有這么大的聲音呢？
你仔細觀察就會發(fā)現(xiàn)，大爺們使用的這些鞭子尾部是很細很柔軟的，正常情況下振動是不會發(fā)出這么大的聲音的，有那么大的聲音是因為每一次甩鞭的速度都很快，都達到了超音速，每一次甩鞭“啪”的一聲響就是鞭子尾部制造出了一次小小的音爆，厲害吧，所以你不要小瞧甩鞭子的老大爺，它們用小鞭子就能甩出超音速來。
不管是聲音還是物體在空氣中傳導時都會受到阻力，使其產(chǎn)生震蕩就會形成一道屏障，并且傳遞速度也會逐漸衰減，這也被稱為音障。
而當這個物體的速度足夠快，達到超音速時沖過這道屏障時，就相對于產(chǎn)生一個強烈的沖擊波一樣，我們耳朵就會聽到“啪”的爆炸聲，這就形成音爆了，并且有時還會同時伴隨出現(xiàn)一團錐形云。
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音爆的由來
我們知道聲音在空氣中傳播的速度是340m/s，而當一個物體在空氣中超過了這個速度時這就是超音速。
現(xiàn)在我們對音爆這種物理現(xiàn)象的了解，多是通過超音速飛機看到或聽到的，其實第一次音爆現(xiàn)象也是通過飛機實現(xiàn)的。
在1947年美國人駕駛的X-1型飛機，以每小時1278公里的速度飛行時，在空中留下一團云霧并且伴隨著一聲巨響，這是人類第一次突破音障，這個飛行員也是人類第一個將聲音拋在后面的人。
音爆的原理
當我們往水中扔一個石頭時，水面就會出現(xiàn)一圈圈的波浪，這是因為水平面被擾動后出現(xiàn)的，而在空氣中被運動的物體擾動也會形成波。
聲音在空氣中就是以波浪的形式傳播的，你可以將聲波想象成從中心點發(fā)出的很多同心圓，而每個圓代表聲波的波浪。
當中心發(fā)聲源不動時聲波的波浪圈就會對稱的傳遞下去，當發(fā)聲源開始運動并且速度還相當快，超過了前面已經(jīng)發(fā)出的聲波圈，前面的聲波圈就會被壓扁堆積，每一波會比前一波更快的到達，這種聲波壓縮的結(jié)果是聲音頻率的增加，這就好比朝你開來的車聲音越來越大，而離你遠去的車聲音越來越低。
以超音速飛機為例，當它們在飛行時也會不斷的發(fā)出聲波，這些聲音來源于發(fā)動機的噪音和空氣阻力，這些聲音也跟其它發(fā)聲源一樣以同心圓的方式傳播，當飛機的速度越快這些同心圓聲波就越接近，但是只要速度不超過340m/s，這些同心圓聲波就不會相互碰撞或者重疊，因為這些聲波能在后一個波到達時前一個波能擴散開。
但是當飛行速度超過聲速時飛機比聲波更快，飛機對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在飛機的前面壓縮積累猶如一道墻，當突破這道墻時能量高度集中，這些能量傳到耳朵里時就會讓人感覺到短暫而強烈的爆炸聲，這就是音爆形成的原因。
音爆云
當飛機加速到一定速度時不但能聽到音爆聲，還能在機尾看到錐形的云霧，看起來就好像給飛機穿上了白色的斗篷，但馬上又會消失得無影無蹤，物理學也稱這個為音爆云。
當飛機達到一定的速度時，機身周圍原本看不可見的水蒸氣就會凝結(jié)變成液態(tài)，這是因為在不同壓力下水會出現(xiàn)固，液，汽三種不同的狀態(tài)。
在高空中氣壓小，水一般以水蒸氣的形態(tài)存在，當飛機飛過時空氣被擠壓，壓力就會變大，就會將水蒸氣變成液態(tài)，就可以看到很多霧狀或者小水滴出現(xiàn)的畫面。
也就是說飛機瞬間加速到超音速，理論上時速超過1224千米就可能突破音障，周圍空氣被擠壓而讓氣壓升高出現(xiàn)音爆，讓機身周圍的水蒸氣從看不見的氣態(tài)瞬間變成看得見的液態(tài)或者固態(tài)，變成了蒸汽錐形云，就會出現(xiàn)這種音爆云。
是否能看到這種音爆云，不一定完全取決于飛機的速度，也并不會完全與音爆同時出現(xiàn)，還取決于大氣濕度和大氣溫度。
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其實能在空氣中飛行速度達到超音速的不僅只有飛機，那么是不是都能產(chǎn)生音爆這種物理現(xiàn)象呢？
我們知道子彈的速度很快，有的能夠超過1000m/s肯定比超音速飛機快多了，怎么沒有出現(xiàn)音爆現(xiàn)象？有下面兩種說法。
因為子彈的運動模式并不是在空氣中加速達到這個速度的，子彈在外彈道口時速度是最快的，然后進入空氣中后由于自身沒有加速的動力，受到空氣摩擦以及地心引力的作用，速度會逐漸變慢，所以在子彈到達外彈道口的時候已經(jīng)突破了音速，而進入空氣中會減速達到音速的，所以就不會產(chǎn)生音爆現(xiàn)象。
還有一種說法就是，子彈在射出的一瞬間是有音爆的，但與槍聲混合在一起，耳朵也是根本聽不出來的，
感覺兩種說法都有道理，但目前并沒有科學的實驗去證實這個結(jié)果。
人類對速度的癡迷從發(fā)明輪子以來就在不斷的突破，從發(fā)明每小時行駛上百公里的汽車到每小時飛行上千公里的飛機，這些對速度的追求也帶來了如音爆和音爆云這樣震撼的物理現(xiàn)象。
現(xiàn)在通過科學家的研究發(fā)現(xiàn)，在幾億年前就有一些長尾恐龍它們的甩尾速度就已經(jīng)超過了音速，達到了超音速，那這些恐龍有可能就是地球上最早達到超音速的物種了；還有公園里甩鞭子產(chǎn)生的音爆，也有可能是第一個突破音爆的人造物品，那么這些甩鞭子的大爺應該算是第一類能熟練掌握音爆技術的人群，真是厲害了我的大爺！
文中圖片截取自《Xian Chinese Man Using a Whip》《Chuck Yeager Breaks the Sound Barrier -- X-1 -- 1947》《What Is a Sonic Boom_ And How It Breaks Every Rule You Know》《》
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