【歷史上的今天】世界上人類(lèi)首次突破音速

1947年10月4日,人類(lèi)首次突破音速。音速是介質(zhì)中微弱壓強(qiáng)擾動(dòng)的傳播速度,其大小因媒質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)而異??諝庵械囊羲僭?個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15℃的條件下約為340m/秒。并有同名游戲《QQ音速》,由韓國(guó)Seed9開(kāi)發(fā)的一款音樂(lè)與競(jìng)技相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)游戲,韓國(guó)由Neowiz運(yùn)營(yíng),中國(guó)由騰訊代理。

? ? ? ?聲速顧名思義即是聲音的速度,為聲音系以波的形式傳播,與一般所理解物體的速度是不同的,所以與其將音速稱(chēng)為聲音的速度,倒不如將音速視為波傳遞速度的指標(biāo),音速與傳遞介質(zhì)的材質(zhì)狀況有絕對(duì)關(guān)系,而與發(fā)聲者本身的速度無(wú)關(guān),而發(fā)聲者與聽(tīng)者間若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,就形成了多普勒效應(yīng);也由此觀點(diǎn),穿/超音速時(shí)的諸多物理現(xiàn)象,其實(shí)與聲音無(wú)關(guān),而是壓縮波密集累積所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。

? ? ?【音速】一般說(shuō)來(lái),音速與介質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)有關(guān)。在壓縮性小的介質(zhì)中音速大于在壓縮性大的介質(zhì)中的音速。介質(zhì)狀態(tài)不同,音速也不同。音速的數(shù)值在固體中比在液體中大,在液體中又比在氣體中大。音速的大小還隨大氣溫度的變化而變化,在對(duì)流層中,高度升高時(shí),氣溫下降,音速減小。在平流層下部,氣溫不隨高度而變,音速也不變,為295.2米/秒??諝饬鲃?dòng)的規(guī)律和飛機(jī)的空氣動(dòng)力特性,在飛行速度小于音速和大于音速的情況下,具有質(zhì)的差別,因此,研究航空器在大氣中的運(yùn)動(dòng),音速是一個(gè)非常重要的基準(zhǔn)值。

? ? ?【聲波】以音叉為例,我們敲打音叉之后,音叉產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)中的音叉會(huì)來(lái)回推撞周?chē)目諝猓沟每諝獾膲毫r(shí)高時(shí)低,而使得空氣分子產(chǎn)生密部和疏部的變化,并藉由分子間的碰撞運(yùn)動(dòng)向外擴(kuò)散出去,音叉的聲波也就向外傳出了。聲波在傳遞時(shí),空氣分子的振動(dòng)方向和波的傳遞方向是相同的,我們把這種波叫做“縱波”。
? ? ? ?像空氣這種可以傳遞聲波的物質(zhì),我們把它們叫做“介質(zhì)”。聲波一定要有介質(zhì)才能傳遞出去,如果真空狀態(tài),聲波沒(méi)有了傳播的介質(zhì),就無(wú)法聽(tīng)到聲音了
? ? ? ?除了空氣可以傳遞聲音之外,液體(像水)、固體(像木材、玻璃、鋼鐵)等等,也都是聲音的介質(zhì),而且因?yàn)橐后w、固體的分子排列得較緊密,因此傳遞聲音的速度都比空氣來(lái)得快。聲音在水中的傳播速度大約是在空氣中的五倍,在鋼中則比空氣中快上將近二十倍。
? ? ? ?日常生活中,聲音大都藉由空氣傳播,歷史上第一次測(cè)出空氣中的聲速,是在公元1708年的時(shí)候。當(dāng)時(shí)一位英國(guó)人德罕姆站在一座教堂的頂樓,注視著十九公里外正在發(fā)射的大炮,他計(jì)算大炮發(fā)出閃光后到聽(tīng)見(jiàn)轟隆聲之間的時(shí)間,經(jīng)過(guò)多次測(cè)量后取平均值,得到與現(xiàn)在相當(dāng)接近的聲速數(shù)據(jù)在20℃時(shí),每秒可跑345米。

? ? ?【影響因素】從聲源發(fā)出的聲波以一定的速度向周?chē)鷤鞑ィ馕吨暡ǖ哪芰恳惨砸欢ǖ乃俣认蛑車(chē)鷤鞑?。目前所知,聲波能夠在所有物質(zhì)(除真空外)中傳播。其傳播速度由傳聲介質(zhì)的某些物理性質(zhì),主要是力學(xué)性質(zhì)所決定。例如:音速與介質(zhì)的密度和彈性性質(zhì)有關(guān),因此也隨介質(zhì)的溫度、壓強(qiáng)等狀態(tài)參量而改變。氣體中音速每秒約數(shù)百米,隨溫度升高而增大,0℃時(shí)空氣中音速為331.4米/秒,15℃時(shí)為340米/秒,溫度每升高1℃,音速約增加0.6米/秒。通常,固體介質(zhì)中音速最大,液體介質(zhì)中的音速較小,氣體介質(zhì)中的音速最小。另外,不均勻介質(zhì)中的音速處處不等。各向異性介質(zhì)中的音速隨傳播方向而異。
? ? ? ?在有些情況下音速還與聲波本身的振幅、頻率、振動(dòng)方式(縱波聲速、橫波聲速等)有關(guān)。如果傳播介質(zhì)的尺寸不夠大,則其邊界對(duì)音速也有影響。因此為了使音速的量值確切地表征傳聲介質(zhì)的聲學(xué)特征,不受其幾何形狀的影響,一般須規(guī)定傳聲介質(zhì)的尺寸足夠大(理論上為無(wú)限大)情況下的聲波傳播速度。有時(shí)為了使用上的方便,也列出某些特殊情況下的音速,如固體細(xì)棒中的音速。