人類在探索宇宙過程中，會(huì)遇到?jīng)_擊波現(xiàn)象。沖擊波是自然界中普遍存在的一種物理化學(xué)現(xiàn)象，與人類有著密切的關(guān)系。2022年12月31日，中科館大講堂邀請到中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員、中國科學(xué)院大學(xué)教授張德良，和我們一起解鎖沖擊波的“密碼”。

什么是沖擊波？它是如何形成的？

在介質(zhì)中如果在某個(gè)很小的空間中具有巨大能量、并在很短的時(shí)間內(nèi)被釋放出來，瞬時(shí)釋放的巨大能量壓縮周圍介質(zhì)，將其瞬時(shí)壓縮形成一個(gè)間斷的界面，這個(gè)間斷面就是沖擊波。

超音速飛機(jī)是如何產(chǎn)生沖擊波的？

飛機(jī)在超音速飛行時(shí)，機(jī)頭前部空氣就會(huì)被嚴(yán)重?cái)D壓，形成一個(gè)空氣間斷面。間斷面后面的空氣溫度壓力升高、能量堆聚，形成一堵高溫、高壓的“空氣墻”——沖擊波。這時(shí)飛機(jī)的氣動(dòng)性能發(fā)生急劇變化，阻力突增、升力驟降。隨著飛行速度不斷增加，形成的沖擊波會(huì)越來越強(qiáng)。

超新星爆發(fā)也會(huì)產(chǎn)生沖擊波嗎？

超新星爆發(fā)是某些恒星在演化接近末期時(shí)會(huì)經(jīng)歷的一種劇烈爆炸過程。恒星通過爆炸會(huì)將大部分物質(zhì)以1/10的光速向外拋散，并向周圍的星際物質(zhì)發(fā)射巨大能量，形成類似于“沖擊波”的現(xiàn)象。中國科學(xué)家曾觀測到最強(qiáng)超新星爆發(fā)，它的亮度是太陽的5700億倍。

如何利用沖擊波解決火箭和飛行器的防熱問題？

當(dāng)飛行器飛行速度超過聲速3倍時(shí)，表面溫度可達(dá)400攝氏度以上，這時(shí)飛行器必須考慮防熱問題，因?yàn)檫@會(huì)引起飛行器發(fā)生災(zāi)難性事故，導(dǎo)致機(jī)毀人亡。長征系列運(yùn)載火箭發(fā)射過程中在整流罩外面必須有一層特殊材料的防熱層來防熱，否則運(yùn)載火箭發(fā)射會(huì)發(fā)生事故。此外，現(xiàn)在還在研究新概念的氣動(dòng)防熱新方法

沖擊波地面反射會(huì)產(chǎn)生音爆嗎？

超聲速飛機(jī)在1.6萬米高空飛行時(shí)產(chǎn)生的沖擊波傳播到地面時(shí)會(huì)在地面上反射，這種反射會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的音爆，音爆引起的壓強(qiáng)可達(dá)到100帕以上。100帕壓強(qiáng)大約相當(dāng)于133分貝聲強(qiáng)，它會(huì)引起很強(qiáng)的噪聲，音爆產(chǎn)生的噪聲對(duì)人體傷害是很嚴(yán)重的。

（責(zé)任編輯 / 高琳? ?美術(shù)編輯 / 韋英章）