音爆是一种从飞机或其他物体上传达的冲击波,这种冲击波比声响穿过空气(或其他介质)的速度要快。在亚音速飞翔中,空气沿机翼滑润地偏转。在超音速飞翔中,这是不或许发作的,因为机翼推进空气行进的作用不能比声响的速度快。假如发作的话,会发作忽然的压力改变或冲击波以声速从飞机上以锥状传达出去。
图解:当飞机打破音障的时分,有时会爆破出不寻常的云雾,这是因为冲击波构成空气被紧缩,使的压力添加,导致水蒸气凝结成水滴、构成云雾。
物体的速度不能超过真空中的光速c。可是关于光来说,没有以太作为一种被推开的介质。就像被飞机推开的空气相同。其结果是光在真空中运动时不存在音爆。
可是光不一定总是在真空中移动。折射率为n的介质中光的相位速度为v/light=c/n。例如,水的折射率约为1.3,所以光在水中的速度比在真空中的速度要小得多。此外,粒子在介质(如水)中以光速还快的速度运动是有或许的,尽管速度不会比真空中的光速快。
当带电粒子以高于光速的速度经过介质时,该介质就会发作弱小的辐射。例如,在水中,带电粒子激起水分子,然后水分子经过发射蓝色光子康复到正常状况。在水中的移动速度比光速快,所以它能够触发一串光子,这些光分子互相处于相位,能够建造性地彼此搅扰,构成可见的蓝色光。光在发作彼此作用区域的以锥状传达。锥羊角θ的表达式能够很容易地推出粒子的速度v,经过查看,波前宣布的盯梢粒子增强干与:
cos θ = vlight/ v
这类似于音爆传达的公式。
这种效应被称为切伦科夫辐射,是帕维尔·切伦科夫在1934年观察到的一种弱小的蓝光,被要求研讨液体中的放射性效应。伊利亚·弗朗茨和伊戈尔·塔姆对光线的解说是。当切伦科夫辐射在一个表面上构成圆圈时,能够勘探到它,它可拿来勘探粒子的速度和方向。因而,它是研讨粒子磕碰和宇宙射线产品的一种十分有用的办法。
核反应堆周围水中的蓝光是切伦科夫辐射。水是用来阻挠中子可是中子是不带电的,所以它们自身不会直接引起辐射。切伦科夫辐射实际上来自裂变产品开释的粒子(快速电子)。因为切伦科夫辐射在波长距离dl(波长l)和途径长度(途径长度l)以量子数的方法发射出来,所以大多数介质中的蓝光首要来自光的长波
dl 2πα L sin2θ/ l 2,
其间 α是精细结构常数,等于1/137。留意,折射率,因而视点θ改变与波长l证明当棱镜发作白光的光谱。这按捺了紫外线的小波长和更长的波长。
尽管切伦科夫辐射的确相当于光的音爆,但它与真实的音爆(声响)有一些本质差异。关于声响,冲击波是声响传达的非线性效应,而关于光,波的传达总是线性的。声波和光波长生的方法也不同。
关于折射率的附注。
严厉的说,介质的折射率不用大于1。实际上,关于x射线,它简直总是小于1,这在某种程度上预示着x射线在介质中的相速度大于c(因为折射率是真空中的相速度(c)与介质中的相速度之比)。x射线光子的速度是它们的群速度,群速度将小于c,为简略起见,咱们在本文中疏忽了速度的差异。请参阅相对论常见问题的文章比光更快(相速度)的解说。
相关常识延伸阅览
声爆(或音爆,英文:Sonic boom)是在空气中运动的物体速度打破音障时,发作冲击波而伴生的巨大响声。音爆的声响能量巨大,听起来像爆破相同。超音速的子弹飞过头顶,或许挥动长牛鞭,都会发作较大的噼啪声,这些都是微型的音爆。
图解:一个2.92马赫的飞机生成的音爆,圆锥视点为20°。当圆锥边际的冲击波穿越观察者的方位,他会听到一声爆破,在此之前他是听不到音爆的。
一般声爆是由超音速战斗机或其他超音速飞翔器,如协和飞机进行跨音速飞翔时构成的,而别的枪械射击时所发作的爆音亦同样是一种声爆。飞机在以较低速度飞翔时发作的声响是向各个方向传达的。因为飞机的快速运动,飞机头部宣布的声波遭到揉捏,而飞机尾部宣布的声波则被分散,会集在一个锥形规模之中。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. math-孔夫子
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