科普中国-科学原理一点通 2019-04-15 作者：刘云凤
音速是介质中微弱压强扰动的传播速度，其大小因媒质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/秒。而当物体接近音速时，会产生很大的阻力，这种阻力能使物体速度衰减，并产生强烈的震荡，这一现象被称为音障。物体在突破音障时，由于对空气的压缩无法迅速传播，会逐渐形成激波面，激波面上高度集中的声学能量引起的巨大响声，传到人们的耳朵里，会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声，称为音爆。
音爆究竟是怎么回事？
要了解这一点，我们先来谈一个常见的自然现象。相信大家都听说过“一石激起千层浪”，即在平静的水面上投一块小石头，水面上会出现很多一圈一圈的水波向四周传播，波及整个水面。但是水面上运动的物体在水中激起的水波就不一样了，例如快艇在水中高速前进时，我们可以看到水波是从艇前开始，前缘密集，波浪很大，而后面波浪就很小，呈一楔形向外传播，而且此波同快艇一起前进，波及的范围始终在楔形之内，我们称这种波为楔形水波。
同样在空气中，如果给空气一个扰动，声音也会像水一样通过波的形式向外传播，这就是声波。声波传入耳内刺激鼓膜，我们就会听到声音。当飞机在空中作超音速飞行时，同快速前进的快艇一样，在机头或突出部分会出现一种楔形或锥形波，也就是我们前面所说的激波。当激波向外传播时会互相干扰和影响，并汇集成一道包罗机头的前激波和一道尾随机尾的后激波。这种波不同于水中的楔形波，它的厚度很小，当物体受到这种波的波及后，波后空气的压强、密度、温度都会突然升高，速度立刻下降。这种突然的空气压强变化传播到人的耳朵里，会感受到巨大的声响，这种响声就称之为音爆。当飞机飞行速度超过音速，也就是海平面速度每小时约1225公里，飞机对周围空气施加的压力产生的震波汇合时，便会制造震耳欲聋的音爆。
音爆有哪些危害？
音爆的能量巨大，当飞机作低空超音速飞行时，音爆可构成重大困扰，这种声响犹如地震或重磅炸弹，不仅令耳朵无法承受，有时甚至连鼻子都会流血。与此同时，巨大的震动波不止令地面上的人受到惊吓，也可造成实质损害，例如窗户破碎，甚至损坏不坚固的建筑物。经实践研究，音爆的强弱以及对地面影响的大小，与飞机飞行的高度密切相关。飞行高度越高，对地面的影响越小，当超过一定的高度后，地面基本不会受到影响。
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