无形的“空气墙壁”

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无形的“空气墙壁” 来自物理网资料整理

我们知道,在常温下,空气中声音的传播速度大约是每秒三百四十米。今天,一些先进的喷气式飞机的飞行速度已是声速的两倍甚至三倍,我们称这种飞机为“超音速飞机”。想当初,人类为了实现“超音速”这个梦想,曾经付出了相当大的代价。

1903年,莱特兄弟发明了世界上第一架飞机。从此以后,人们一直在努力提高飞机的飞行速度,经过不懈的努力,飞机的最高时速已经接近1000米。但是当飞机的飞行速度达到声速时,经常会发生爆炸现象,造成机毁人亡的惨剧。

这是怎么回事呢?原来,阻止人类超越音速的罪魁祸首,就是我们周围的大气。在一定条件下,我们周围的空气能够形成极其坚固的“墙壁”,即使是坚硬无比的钢铁,撞上这道墙壁也会粉身碎骨。

那么这道无形的“空气墙壁”是怎样形成的呢?我们知道,声波的波源来自物体的振动,而传播媒质就是空气。物体的振动,导致物体周围的空气不断被压缩,形成疏密相间的纵波,这种纵波在空气中的传播速度,就是声速。

与物体在空气中的振动类似,一切物体在空气中单向运动的时候,位于物体前进方向的空气被压缩,物体运动速度越快,前方的空气被压缩得越厉害,最终会形成一个密度很大的“压缩空气层”,这就是上面提到过的“空气墙壁”。

既然空气墙壁的形成与声波类似,那么它在空气中的运动速度自然就是声波的速度,所以当物体的运动速度小于声速时,“空气墙壁”的密度不会很大,物体也不可能碰上它;而当物体的运动速度接近或者达到声速时,“空气墙壁”的密度就会无限地增大,物体就会紧贴在“空气墙壁”上;而当物体的运动速度超过声速时,撞上极高密度的“空气墙壁”就无法避免了。

在弄清楚了“空气墙壁”的原理之后,科学家开始有意识地改进传统飞机的外形:飞机的头部,逐渐变得像针一样尖锐,机身变成漂亮的流线型,机翼后掠做成薄薄的菱形甚至三角形,机翼的前沿变得像刀刃一样锋利……

通过不断的“尝试-失败-革新”,人类终于让飞机顺利地穿透了“空气墙壁”。二战后的1947年,人类首次实现超音速飞行。

时至今日,超音速技术已经从空中走向陆地和水面,“超音速汽车”和“超音速快艇”先后被研制成功,人类还在向更高的极限速度发起挑战。


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