武漢發生“巨響”,是什麼?

2月13日中午,武漢多地居民反映,聽到空中有巨響。經多方瞭解,當日未有爆炸發生。

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居民懷疑是飛機飛行時產生的音爆。

2月13日中午12時37分,不少武漢市民在家中聽到一聲巨響,空中像打雷一樣,家中窗戶和桌子亦有震動。一時間“武漢巨響”登上微博熱搜,武漢市江夏、光谷、徐東、南湖、東西湖等地的網友紛紛表示聽到了巨響。

據瞭解,當日下午武漢消防部門、救援部門以及110等平臺均未收到事故報警。武漢市應急管理局也表示,未接到相關事故的報告。

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網上還有不少網友猜測,巨響可能是飛機的音爆聲。一位網友發文稱,雷神山醫院位於江夏區地界,有很多飛機正在運送物資,可能是飛機導致的音爆。

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音爆(物理現象)

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什麼是音爆?

物體運行速度接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的振盪,速度衰減。這一現象被俗稱為音障(Sound Barrier)。突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播,逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面,在激波面上聲學能量高度集中。這些能量傳到人們耳朵裡時,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,稱為音爆(Sonic Boom)。

現象描述

“音爆”是物體在空氣中的相對運動速度向上突破達到1馬赫臨界點時就會出現。通常情況下,多為飛行器在超音速飛行時產生的強壓力波,傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。在突破音障時伴隨的一個奇特現象便是“音爆雲”,這是由於在激波面後方由於氣壓增加而壓縮周圍空氣,使水氣凝結形成微小的水珠,看上去就像雲霧一般。這種雲霧通常只能持續幾秒鐘,激波現身,轉瞬即逝。音爆雲是國內對這種現象的一個俗稱,較為嚴肅一點的描述為Prandtl-Glauert condensation clouds(普朗特-格勞厄脫凝結雲)。

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產生原理

聲音在空氣中的傳播像水中投入石子產生的水波一樣,通過波的形式向外傳播,這就是聲波。我們平時聽見的聲音就是聲波傳入耳內使鼓膜震動而產生的。當飛機在空中作超音速飛行時,在機頭或突出部分,也會像水中前進的快艇一樣出現一種楔形或錐形波,這就是激波。飛機所發出的疏密狀的音波無法跑到飛機前方,所以就全部疊在機身後方,形成了圓錐形狀的音錐。當它們向外傳播時便互相干擾和影響,然後彙集成一道包羅機頭的音爆前激波和一道尾隨機尾的後激波。這種波雖然可以用上述的楔形水波來比擬,但有著迥然不同的性質。激波的厚度很小,經過波後空氣的壓強、密度、溫度都突然升高,速度立即下降。當這兩道激波波及到無論哪個空間和物體時,均會感到這種強烈的變化,反映到人的耳朵裡,使耳鼓膜受到突然的空氣壓強變化,就感覺是兩聲雷鳴般的巨響。這種響聲就稱之為“音爆”(sonic boom )。

影響音爆的因素

影響音爆的因素很多,例如飛行速度、高度和航線,這些因素是可以控制的,其他如氣象條件和接近地面的湍流等則是無法改變的。標準音爆常用一個N形波表示,說明飛機的頭波與尾波強度基本相同,在持續時間內為均勻膨脹。飛機的強壓力波引起地面上的壓強變化約為78帕(8公斤力/平方米),持續時間約為0.2秒。壓強隨飛行高度增大而減弱,但影響範圍則擴大。音爆因時間短暫,對地面的影響在戶外一般不大,對室內壓強變化雖小,但經多次反射形成共鳴,持續時間較長,影響頗大。因此,在城市上空,低於1萬米高度常禁止作超音速飛行。最風行的理論認為,在那瞬間四周空氣壓力驟增,發生了一種聲波密部疊加效應,因此,空氣中的作為介質的水氣就凝結成小水滴形成一團雲霧。


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