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冲击波
17.16
考虑一个声源,例如一架朝静止观察者以速度 vs 运动的飞机。如果声音在空气中的传播速度为 v,则马赫数定义为这两个速度的比值。
如果 vs 大于 v,马赫数将大于 1,此时速度称为超音速。根据多普勒公式,此时观测到的声波频率为负值,这在实际中是不可能的。
相反,观察者在声源经过之前不会听到任何声音。
声波在三维圆锥的线条上发生相长干涉。在圆锥内部,它们发生相消干涉。因此,圆锥的边缘构成了无声区域与相消干涉区域之间的清晰分界。这种最终形成的模式称为激波。
应用几何概念,锥角的正弦等于马赫数的倒数。
激波的突然到达被称为音爆。由于压力很高,运动中的飞机产生的音爆可以震碎窗户并使人感到不安。
在推导所观察到的声波频率的多普勒公式时,假设声波在介质中的速度大于声源通过介质的速度。 当这个条件被打破时,就会产生冲击波。
当光源的速度接近声速时,光源发出的连续波前之间的相长干扰会立即发生在其后面。 最初,科学家们认为这种相长干扰会导致如此高的压力,例如飞机将无法突破音速并最终被摧毁。 然而,飞…