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  • 光是否也有类似的音爆?

    音爆是一种从飞机或其他物体上传播的冲击波,这种冲击波比声音穿过空气(或其他介质)的速度要快。在亚音速飞行中,空气沿机翼平滑地偏转。在超音速飞行中,这是不可能发生的,因为机翼推动空气前进的效果不能比声音的速度快。如果发生的话,会产生突然的压力变化或冲击波以声速从飞机上以锥状传播出去。

    光是否也有类似的音爆?

    图解:当飞机突破音障的时候,有时会爆炸出不寻常的云雾,这是由于冲击波造成空气被压缩,使的压力增加,导致水蒸气凝结成水滴、形成云雾。

    物体的速度不能超过真空中的光速c。但是对于光来说,没有以太作为一种被推开的介质。就像被飞机推开的空气一样。其结果是光在真空中运动时不存在音爆。

    光是否也有类似的音爆?

    但是光不一定总是在真空中移动。折射率为n的介质中光的相位速度为v/light=c/n。例如,水的折射率约为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,粒子在介质(如水)中以光速还快的速度运动是有可能的,尽管速度不会比真空中的光速快。

    光是否也有类似的音爆?

    当带电粒子以高于光速的速度通过介质时,该介质就会产生微弱的辐射。例如,在水中,带电粒子激发水分子,然后水分子通过发射蓝色光子恢复到正常状态。在水中的移动速度比光速快,所以它可以触发一串光子,这些光分子彼此处于相位,可以建设性地相互干扰,形成可见的蓝色光。光在发生相互作用区域的以锥状传播。锥羊角θ的表达式可以很容易地推出粒子的速度v,通过检查,波前发出的跟踪粒子增强干涉:

    cos θ = vlight/ v

    这类似于音爆传播的公式。

    光是否也有类似的音爆?

    这种效应被称为切伦科夫辐射,是帕维尔·切伦科夫在1934年观察到的一种微弱的蓝光,被要求研究液体中的放射性效应。伊利亚·弗朗茨和伊戈尔·塔姆对光线的解释是。当切伦科夫辐射在一个表面上形成圆圈时,可以探测到它,它可以用来探测粒子的速度和方向。因此,它是研究粒子碰撞和宇宙射线产物的一种非常有用的方法。

    光是否也有类似的音爆?

    核反应堆周围水中的蓝光是切伦科夫辐射。水是用来阻止中子但是中子是不带电的,所以它们本身不会直接引起辐射。切伦科夫辐射实际上来自裂变产物释放的粒子(快速电子)。由于切伦科夫辐射在波长间隔dl(波长l)和路径长度(路径长度l)以量子数的形式发射出来,所以大多数介质中的蓝光主要来自光的长波

    dl 2πα L sin2θ/ l 2,

    其中 α是精细结构常数,等于1/137。注意,折射率,因此角度θ变化与波长l证明当棱镜产生白光的光谱。这抑制了紫外线的小波长和更长的波长。

    虽然切伦科夫辐射确实相当于光的音爆,但它与真正的音爆(声音)有一些本质区别。对于声音,冲击波是声音传播的非线性效应,而对于光,波的传播总是线性的。声波和光波长生的方式也不同。

    关于折射率的附注。

    光是否也有类似的音爆?

    严格的说,介质的折射率不必大于1。实际上,对于x射线,它几乎总是小于1,这意味着x射线在介质中的相速度大于c(因为折射率是真空中的相速度(c)与介质中的相速度之比)。x射线光子的速度是它们的群速度,群速度将小于c,为简单起见,我们在本文中忽略了速度的区别。请参阅相对论常见问题的文章比光更快(相速度)的解释。

    光是否也有类似的音爆?

    相关知识延伸阅读

    声爆(或音爆,英文:Sonic boom)是在空气中运动的物体速度突破音障时,产生冲击波而伴生的巨大响声。音爆的声音能量巨大,听起来像爆炸一样。超音速的子弹飞过头顶,或者挥动长牛鞭,都会产生较大的噼啪声,这些都是微型的音爆。

    光是否也有类似的音爆?

    图解:一个2.92马赫的飞机生成的音爆,圆锥角度为20°。当圆锥边缘的冲击波穿越观察者的位置,他会听到一声爆炸,在此之前他是听不到音爆的。

    通常声爆是由超音速战斗机或其他超音速飞行器,如协和飞机进行跨音速飞行时造成的,而另外枪械射击时所产生的爆音亦同样是一种声爆。飞机在以较低速度飞行时产生的声音是向各个方向传播的。由于飞机的快速运动,飞机头部发出的声波受到挤压,而飞机尾部发出的声波则被扩散,集中在一个锥形范围之中。

    参考资料

    1.WJ百科全书

    2.天文学名词

    3. math-孔夫子

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