每個人都熟悉鞭子。它可以用來驅趕牲畜或武器。現在，鞭子已經成為一種健身工具，被稱為鞭子。

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鞭子起源于河南，是一項流行的民間健身運動。彎腰，收起肩膀，舉起手臂，搖晃手腕，搖晃鞭子，鞭子會在空中發出啪的聲音，響徹周圍。但是你知道嗎，每次叔叔們甩鞭子，他們都能擺脫超音速！？這是怎么回事？

1. 什么是音爆？

首先，我們需要知道柔軟的鞭子是如何在空中發出聲音的，這來自于一種奇怪的物理現象——聲爆。聲爆，如果單獨從字面上看，就是聲爆

聲障可以簡單地理解為一個屏障，但它存在于空氣中，肉眼看不見。任何物體（包括聲音）在空氣中傳播時都會受到一定的阻力。物體移動得越快，阻力就越大，從而在空氣中形成屏障，阻礙物體的加速。

以飛機為例。當飛機速度接近聲速時，阻力突然增大，導致操作異常和自發栽頭。同時，飛機速度無法進一步提高。人們曾經認為聲速是飛機速度的極限。達到聲速后，飛機面臨無形的空氣屏障，因此被稱為聲障或聲障。

飛機突破音障

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當我們向水中扔一塊石頭時，以石頭落水點為中心的漣漪會出現在水面上，聲音的傳播也是如此。聲音在空氣中以波浪的形式傳播，任何聲音都以聲體為中心，一個接一個地擴展到周圍。

聲波演示

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如果聲體是固定的，聲介質是完全均勻的，那么聲傳輸的形式將是一個常規的同心圓，但當聲體開始移動并加速時，聲體周圍的聲波將呈現一個錐形的三維聲能場。如果新的聲波與以前的聲波疊加，聲音就會變大。

若將適用范圍擴大到所有波(光波、聲波、水波等)，則形成著名的多普勒效應。多普勒效應是指物體發出的波隨物體或觀察者的運動而變化的現象。在運動波源前，波被壓縮，使波長變短，頻率變高；相反，波源后的波長變長，頻率變低。就像一輛車從遠處駛來，你聽到的聲音響度增加了，這就是聲波壓縮疊加的結果。

多普勒效應

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當飛機達到超音速時，作為發音體的飛機已經超過了聲音的傳播速度，周圍的空氣被高度擠壓。突破聲障時，大量能力集中爆發，形成強烈的爆炸聲，形成聲爆。

音爆成因

來源｜《What Is a Sonic Boom_ And How It Breaks Every Rule You Know》

因此，人們發現，只要物體足夠快，即使達到超音速，物體也能沖過屏障。同時，物體周圍會產生強烈的沖擊波。我們可以在聽覺上聽到啪的爆炸聲，有時我們可以在視覺上看到

1947年，美國飛行員第一次發現聲爆是在駕駛X-1型飛機以每小時1278公里的速度在空中飛行。隨著巨大的噪音和云，人類第一次突破了聲障，飛行員是人類歷史上第一個超越聲音的人。

突破音速的美國飛行員

來源｜《Chuck Yeager Breaks the Sound Barrier -- X-1 -- 1947》

2. 超音速的鞭子

一根小鞭子，經過一套專業的動作，鞭子的鞭尖部分也會聚集大量的能量，它的速度通常可以達到聲速的兩倍，這種現象是聲爆炸。

甩鞭

來源｜《Smarter Every Day》視頻截圖

但巨大的噪音不僅僅是鞭尖的功勞。最近，通過數學模型分析，科學家發現鞭子在搖晃過程中會在運動方向上形成環形結構，這種結構在以音速移動時也會產生聲震。當鞭子環結構的運動速度處于音速時，鞭子的速度可以達到音速的幾倍，增加聲音的響亮度。

也許廣場上的鞭子叔叔們不知道他們離超音速那么近，手里的鞭子也能突破音障，真的是民間的大師啊！但正因為如此，鞭子運動是危險的，我們必須注意周圍的人和環境。