光是否也有類似的音爆?

音爆是一種從飛機或其他物體上傳播的衝擊波,這種衝擊波比聲音穿過空氣(或其他介質)的速度要快。在亞音速飛行中,空氣沿機翼平滑地偏轉。在超音速飛行中,這是不可能發生的,因為機翼推動空氣前進的效果不能比聲音的速度快。如果發生的話,會產生突然的壓力變化或衝擊波以聲速從飛機上以錐狀傳播出去。

光是否也有類似的音爆?

圖解:當飛機突破音障的時候,有時會爆炸出不尋常的雲霧,這是由於衝擊波造成空氣被壓縮,使的壓力增加,導致水蒸氣凝結成水滴、形成雲霧。

物體的速度不能超過真空中的光速c。但是對於光來說,沒有以太作為一種被推開的介質。就像被飛機推開的空氣一樣。其結果是光在真空中運動時不存在音爆。

光是否也有類似的音爆?

但是光不一定總是在真空中移動。折射率為n的介質中光的相位速度為v/light=c/n。例如,水的折射率約為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,粒子在介質(如水)中以光速還快的速度運動是有可能的,儘管速度不會比真空中的光速快。

光是否也有類似的音爆?

當帶電粒子以高於光速的速度通過介質時,該介質就會產生微弱的輻射。例如,在水中,帶電粒子激發水分子,然後水分子通過發射藍色光子恢復到正常狀態。在水中的移動速度比光速快,所以它可以觸發一串光子,這些光分子彼此處於相位,可以建設性地相互干擾,形成可見的藍色光。光在發生相互作用區域的以錐狀傳播。錐羊角θ的表達式可以很容易地推出粒子的速度v,通過檢查,波前發出的跟蹤粒子增強幹涉:


cos θ = vlight/ v

這類似於音爆傳播的公式。

光是否也有類似的音爆?

這種效應被稱為切倫科夫輻射,是帕維爾·切倫科夫在1934年觀察到的一種微弱的藍光,被要求研究液體中的放射性效應。伊利亞·弗朗茨和伊戈爾·塔姆對光線的解釋是。當切倫科夫輻射在一個表面上形成圓圈時,可以探測到它,它可以用來探測粒子的速度和方向。因此,它是研究粒子碰撞和宇宙射線產物的一種非常有用的方法。

光是否也有類似的音爆?

核反應堆周圍水中的藍光是切倫科夫輻射。水是用來阻止中子但是中子是不帶電的,所以它們本身不會直接引起輻射。切倫科夫輻射實際上來自裂變產物釋放的粒子(快速電子)。由於切倫科夫輻射在波長間隔dl(波長l)和路徑長度(路徑長度l)以量子數的形式發射出來,所以大多數介質中的藍光主要來自光的長波

dl 2πα L sin2θ/ l 2,

其中 α是精細結構常數,等於1/137。注意,折射率,因此角度θ變化與波長l證明當稜鏡產生白光的光譜。這抑制了紫外線的小波長和更長的波長。

雖然切倫科夫輻射確實相當於光的音爆,但它與真正的音爆(聲音)有一些本質區別。對於聲音,衝擊波是聲音傳播的非線性效應,而對於光,波的傳播總是線性的。聲波和光波長生的方式也不同。

關於折射率的附註。

光是否也有類似的音爆?

嚴格的說,介質的折射率不必大於1。實際上,對於x射線,它幾乎總是小於1,這意味著x射線在介質中的相速度大於c(因為折射率是真空中的相速度(c)與介質中的相速度之比)。x射線光子的速度是它們的群速度,群速度將小於c,為簡單起見,我們在本文中忽略了速度的區別。請參閱相對論常見問題的文章比光更快(相速度)的解釋。

光是否也有類似的音爆?

相關知識延伸閱讀

聲爆(或音爆,英文:Sonic boom)是在空氣中運動的物體速度突破音障時,產生衝擊波而伴生的巨大響聲。音爆的聲音能量巨大,聽起來像爆炸一樣。超音速的子彈飛過頭頂,或者揮動長牛鞭,都會產生較大的噼啪聲,這些都是微型的音爆。

光是否也有類似的音爆?

圖解:一個2.92馬赫的飛機生成的音爆,圓錐角度為20°。當圓錐邊緣的衝擊波穿越觀察者的位置,他會聽到一聲爆炸,在此之前他是聽不到音爆的。

通常聲爆是由超音速戰鬥機或其他超音速飛行器,如協和飛機進行跨音速飛行時造成的,而另外槍械射擊時所產生的爆音亦同樣是一種聲爆。飛機在以較低速度飛行時產生的聲音是向各個方向傳播的。由於飛機的快速運動,飛機頭部發出的聲波受到擠壓,而飛機尾部發出的聲波則被擴散,集中在一個錐形範圍之中。

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. math-孔夫子

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除


分享到:


相關文章: