前兩天晚上在論壇上看到一篇文章,講的就是狹義相對論,不過感覺錯誤頗多,尤其是後面的舉例混淆很大,我以作者後面的舉例來解釋狹義相對論。因為相對論就是為了測量在運動中物體的時空位置方便用的。 作者說a和b都以2/3的光速相對運動,那麼a和b的相對速度就是4/3光速了,也就超過光速了,這裡就產生了一個錯誤了,對速度進行了簡單疊加。如果要以相對速度來看,只能是a觀察b,或者b觀察a,是以觀察者的角度來測量對方的速度,不能又以一個絕對空間,來把兩個速度相加。當然絕對空間和絕對時間其實是不存在的,以下圖為例,來說明相對速度和相對時間的問題。 a 2/3光速 b 2/3光速 A’ A C B B’ 我們假設a和b在C點相遇,a由A點到C點時間是10秒鐘,b由B點到C點也是10秒鐘,a、b速度都是2/3光速,那麼AC的距離等於BC的距離。b在B點觀察到a處在的位置是在A’處,我們一定要理解,a在A’處發出的光,運動一段時間才能到達B處。地球上其他物體機械運動速度太低,我們都忽略了這個時間差,而目前時間已知的最快的運動速度就是光速,所以我們測量其他物體和時間都是以光速為基準的。 以我們晚上看星星一樣,我們看到的恒星圖像都是恒星以前的圖像,假如說一個恒星離我們地球是1光年,我們看到的這個恒星圖像就是1年前的恒星圖像,說不定更遠的恒星已經爆炸了,消失了,我們現在還不知道而已。同樣,b在B處觀察到的A’是一個a的虛像,此時a真實位置在A處。那麼b觀察a的速度就是A’C的距離除以時間,也就是b所看到的10秒鐘。這個速度是不會超過光速的,它同樣符合愛因斯坦狹義相對論的公式的,讀者可以自己推算出來。 現在我們假定以a為參考係, a從A’點運動到A的時間是t秒鐘,那麼a從A’到C點時間就是t+10秒鐘,我們現在說明時間的相對性。我們假設a從A’處開始吃一塊西瓜,到C點剛好吃完,那麼a吃西瓜的時間就是t+10秒鐘,而b觀察a吃西瓜從B點才開始看到,到C點結束,那麼整個時間就是10秒鐘,也就是說,同樣吃一塊西瓜這個事情,a自己觀察的時間是t+10秒鐘,而b觀察就是10秒鐘,所以說在相對的空間裏,由於坐標係不一樣,觀察同一件事物,得到的時間也就不一樣。實際上,假如有絕對時間,其實a在A’開始吃西瓜時,b此時在B’這個位置上,只是要過了t時間以後,b到了B點這個位置才看到a吃西瓜,而b觀察a的位置依然是在A’C這個位置的。 如果我們以聲音在空氣傳播來看,就更容易理解了,因為物體運動時,發出聲音的傳播速度不能疊加。同樣,光速也不能疊加,我們頭頂經常過飛機,我們聽到的聲音是經常滯後的,如果我們學過“多普勒效應”的話,就更能理解相對論了。相向運動物體發出的光,速度不會變,但頻率變高了,相揹運動的物體發出的光,速度同樣不變,但頻率變低了。宇宙大爆炸原理很多基於這個來的,現在的光線是偏紅外光,也就是說光的頻率變低了,星球是相互遠離運動。 我們知道,飛機速度接近音速前會發生音障。相對論是講物體品質隨速度增大而增大,但我也相信,物體速度接近光速前也會產生“光障”,產生共振,估計物體也會解體,達到光速也會分解成光子了,也就是說,物體達到光速就毀滅了,變成了光子,所以,沒有超光速的物體產生的。
音爆云编辑
“音爆云”,是一种飞行器飞行时的自然现象。当飞行器的速度达到音速上下(1193公里/小时)时,就会压缩周围的空气,从而使空气中的水汽凝结成云。
“音爆云”,只能在特定的天气条件下才会出现,而且这些由水汽组成的晕轮只能持续几秒钟,但它并不总是伴随着音爆现象的产生,同时也不是音障被突破时所产生的冲击波。
中文名
音爆云
类 型
概念
类 别
现象
解 释
是一种飞行器起飞时的自然现象
目录
1现象分析编辑
当物体的速度接近音速时,将会逐渐追上自己发出的声波。此时,由于机身对空气的压缩无法迅速传播,将逐渐在飞机的迎风面及其附近区域积累,最终形成空气中压强、温度、速度、密度等物理性质的一个突变面--激波面。激波面将增加空气对飞行器的阻力,俗称为音障。
飞行器进入超音速飞行形成的激波面,是声学能量的高度集中面,所以又称音锥 。音锥在听觉上是一声短暂而极其强烈(可能超越人耳的听觉)的爆炸声,故称为音爆或声爆(Sonic Boom)。
除此之外,跨音速飞行常常伴随的一个效应称为普朗特-格劳厄脱凝结云,表现为以飞机为中心轴、从机翼前段开始向四周均匀扩散的圆锥状云团。这是由于气流流速突破音速时比空气传导速度更快,无法有效向下拉气流,导致密度减小,气压降低,水气凝结。
第二次世界大战期间,对飞行器尝试跨越声速飞行遇到困难的称为音障。在早期飞机的设 计中,由于对跨音速空气动力学了解尚少,所以曾多次发生飞机试图超越音速时解体或者失控坠毁的严重事故,有人把这一时期困扰飞机制造业的难题也称为“音障”。这一说法在1950年代以后随着跨声速飞行的广泛实现已渐不多见。[1]
2技术原理编辑
在平静的水面上,如果投一块石头,水面上立刻会出现一圈一圈的水波向四周传播,波及整个水面。但如果是在水面上运动的物体在水中激起的水波是从艇前开始,呈一楔形向外传播。 其前缘密集,波浪很大,而后面波浪就很小。这种波称为楔形水波。此波随同快船一道前进,波及的范围始终在楔形之内。
同样地,对于空气来说,也有这种现象,如果给空气一个扰动,声音也会象水一样通过波的形式向外传播,这就是声波。声音就是声波传入耳内刺激鼓膜产生的。(只是帮助理解。空气扰动后的压力剖面和声音的震动传播剖面不是同的)。
当飞机在空中作超音速飞行时,在机头或突出部分,也会象水中前进的快艇一样出现一种楔形或锥形波,这就是激波(空气压力的分界面)。当它们向外传播时便互相干扰和影响。这种波虽然可以用上述的楔形水波来比拟,但有着迥然不同的性质。
激波的厚度很小,经过波后空气的压强、密度、温度都突然升高,速度立即下降。当这两道激波波及到无论哪个空间和物体时,均会感到这种强烈的变化,反映到人的耳朵里,使耳鼓膜受到突然的空气压强变化,就感觉是两声雷鸣般的巨响。这种响声就称之为“音爆”。(另一种说法:如图 飞行速度在接近空气震动扩散速度音速时。这时间前后会形成一个分界面。在小于音速时,飞行反向面空气震动的扩散方向和飞行方向向反。在大于音速时,飞行反向面空气震动的扩散方向和飞行方向一致。如图示的黄蓝交界面上出现相反的空气震动扩散方向。在这交界上出现空气撕裂。压差产生气雾。这能量来源于飞行动能。飞机必须提供足够的能量使影响范围内的空气进行扩散方向返转。这就是为什么飞机的速度会下降。)
3影响因素编辑
强烈的音爆不仅会对飞行器本身跨越冲击面的部分造成巨大的压力,也会给地面建筑物产生损害,所以各国一般都禁止超音速飞机在住宅区上空突破音速。
“音爆”只有在飞机作超音速飞行时才会出现。当飞机在一定高度下以超音速飞行时,由于激波引起的强烈的压力变化。便产生了“音爆”。但是飞行员是不会听到这种响声的,因为飞行员坐在座舱里,激波引起的压强、密度、温度的变化,飞行员是无法感觉到的。即使座舱不密封。由于飞行员始终处于前激波的后面、后激波的前面,也就是说,他是处在一个暂时的稳定的等压强的条件下,也是听不到的。
“音爆”的强弱以及即对地面影响的大小,与飞机飞行高度有着直接的关系。因为,激波和水波一样,距离越远,波的强度也越弱。当飞机作低空超音速飞行时,不但地面的人畜能听到震耳欲聋的巨响,影响人们的生活和工作,严重的还可以震碎玻璃,甚至损坏不坚固的建筑物,造成直接的损失。随着飞行高度的增加, 这种影响越来越弱,当超过一定的高度后,地面基本不会受到影响。[1]
4鉴别方法编辑
音爆云是飞行器超越声速时才会出现的一种奇特现象,通常呈三角锥状,几乎垂直于机身,或者稍稍向后倾斜。而涡流是当飞机突然大迎角飞行或急速进行机动时气流从机翼上表面分离出来,形成低压脱体涡。涡流内部水汽也能凝结,使机翼上部覆盖一层水雾,看上去和音爆云很像,但两者有本质的不同
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