当您听到冲击波这个词时，脑海中会浮现出几个画面。炸弹爆炸的影响可能是最显着的。我们常说选举等重大事件在全国范围内引起“冲击波”，但那只是比喻性的冲击波。您甚至可能会想到同名的默默无闻的漫威超级英雄，但现在我们偏离主题了……
让我们探索一下冲击波在物理学中的含义以及它们到底是如何产生的。
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什么是冲击波？
冲击波与任何波一样，是一种穿过介质的扰动一种媒介。他们很瘦引起介质压力、温度和密度突然变化的波前。
冲击波是在超音速流中引起的。这是当物体以比介质中的声速更快的速度行进时。当子弹以超过空气中音速的速度行进时，我们会得到冲击波。
为了可视化冲击波，我们需要像纹影成像这样的特殊成像技术来捕获它们。
冲击使用纹影成像捕获的子弹波。 （图片来源：Nathan Boor /Wikimedia commons）
如果冲击波产生的方向与流动方向垂直，则称为正激波。如果它们以一定角度出现，则称为倾斜冲击波。
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冲击波是如何形成的？
在讨论具体方法之前，我们先来看看马赫数。这是物体穿过介质的速度与该介质中的声速之比。因此，1 马赫速度是指物体以音速移动时的速度，也称为跨音速。
马赫数。
考虑一艘在水中移动的船。船在水中移动的速度比波浪的速度快，因此波浪必须移开。这导致了我们看到的尾迹。
高速移动的船会留下很长的尾迹。 （图片来源：freevideophotoagency/Shutterstock）
当物体以低速穿过介质时，马赫数小于一。在这种情况下，介质中从其向外移动的波将在所有方向上对称或几乎对称。
当它加速时，它前面的波将被压缩。它们的频率会更高，而其后面的波的频率会更低。前面的波浪很紧物体移动得越快，速度就越高，直到达到声速。
在声速下，马赫数等于一，此时波将在物体的前部收紧并重叠。
那么一旦移动的物体超过声速会发生什么？可以说，波浪无法调整或追上，因此被抛在了后面。拖尾波形成了一个不断扩大的圆锥体的形状。
冲击波以超音速形成。
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我们周围的冲击波
什么产生冲击波？超音速飞机是一个明显的答案，因为它们通常以高于一马赫的速度飞行。在下图中，您可以看到一架超音速飞机突破了音障。蒸气锥是由温度下降引起的冲击波引起的温度和压力。当冲击波到达我们身边时，我们会听到音爆，这与喷气式飞机飞过时的感觉有关。
一架超音速飞机突破了音障。 （照片来源：Katerina_S/Shutterstock）
下图显示了波在亚音速、一马赫和超音速条件下的行为。
超音速飞机如何产生冲击波（照片来源：Fouad A. Saad/Shutterstock )
以超音速飞行的子弹会产生冲击波。这就是导致子弹经过某人时可以听到的“爆裂声”的原因。在下面的精彩视频中，您可以看到使用纹影成像捕获此类波并进行分析。
敲击鞭子时听到的声音是快速移动的尖端产生微弱冲击波的结果。恩，那就对了。鞭子尖端的移动速度比音速还快，从而产生了裂纹！
使鞭子裂开。 （照片来源：Bernd Zillich/Shutterstock）
Th雷声也是一种冲击波现象。鞭炮的爆炸是冲击波的结果。炸弹爆炸会产生类似但更大的球形冲击波，如果爆炸足够强大，可以摧毁建筑物。陨石撞击也会引起这种波。
超越飞机和炸弹
冲击波是在超音速流中引起的。用飞机等例子谈论冲击波有时会限制我们的可视化。在这里，我们考虑的是以超音速运动的物体，但我们也可以考虑以超音速流过管道的流体，该流体面临某些变化，例如管道形状或尺寸的变化。这样的话，也会产生冲击波！
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