冲破音障这一概念,指的是物体在达到声速的九成时,部分气流达到声速,产生部分激波,气动阻力剧增。要想继续加速,就需要发动机提供更大的推力。我们通常认为飞机、导弹等能轻易冲破音障,但今天我们要向大家介绍一些令人惊奇的音障冲破者,如乒乓球、毛巾等。
美国测试飞行员Chuck Yeager在1947年驾驶Bell X-1飞机成为首个冲破音障的人。并非只有飞机才能冲破音障,还有许多令人惊奇的事物也能做到。例如,在2012年,Felix Baumgartner从墨西哥州上空一个漂浮在距地面约24英里高空的气球中跳下,成为首位在自由落体过程中冲破音障的人。他的速度达到了惊人的1.25马赫(约每小时843英里)。谷歌公司副总Alan Eustace也曾冲破音障,速度达到了接近音速的数值。这些令人叹为观止的壮举展现了人类对未知领域的勇敢探索和挑战。除此之外,还有许多其他事物也能冲破音障。
乒乓球作为一种运动器材,顶级运动员挥拍时的速度几乎无法用肉眼捕捉。在美国普渡大学的一项实验中,学生们使用氛围动力学大炮发射乒乓球,速度达到了每小时900多英里。这个小小的乒乓球在获得巨大加速度后从炮管中射出,直到撞击物体才会破裂。考虑到其重量和空气动力学结构,这种冲击力是相当惊人的。鞭子也是一种日常用品,其甩动时产生的噼啪声也是一种音爆现象。亚利桑那州大学的研究人员通过一系列实验证实了这个现象背后的原理:当鞭子的尖端以接近两倍音速的速度移动时,就会产生音爆。同样的现象也出现在毛巾上,甩动毛巾的风险性在于其尾部移动速度极快。北卡罗来纳大学的学生曾试图用高速摄像机记录毛巾尾部冲破音障时的移动距离,但由于摄像机的速度无法捕捉到超音速的瞬间,实验并没有得出明确的结果。最后还有一些看似平凡的事物如氛围也能冲破音障:当岩石或其他物体落入水中时,会形成一个沙漏型的氛围腔洞,氛围从中以超越音速的速率释放出来。这些有趣的例子展示了音障的奇妙之处和自然界中无处不在的奇妙现象。