在水中超过水中的音速,是否会产生音爆?

在水中超过水中的音速,是否会产生音爆?

当然会了。

音速(专业领域里更多是叫声速)是介质中微弱扰动的传播速度,也是介质压缩性的标志。不论介质是空气,还是水,甚至钢铁,上述定义都是通用的。

这个定义中的“微弱扰动”,是指扰动前后的压力密度等物理量是连续的,但它们对空间和时间的一阶导数可以不连续。从定义上也能看出,一切弱波的传播速度都是声速,包括膨胀波和压缩波。

那么一旦有什么原因引起了超过声速的扰动,那会发生什么?显然,这样的扰动肯定就不“微弱”了,变成了强波。用数学语言来说,就是扰动前后的物理量不连续了,压力、密度、温度等物理量会出现跳变。

音速是介质压缩性的一种度量,而跟空气相比,水太难被压缩了,因此水的声速也远高于空气。空气的音速大约是340m/s,时速大约1220千米,而水的音速大约1483m/s,时速高达5339千米!

目前一般的商船时速只有30千米左右,水下活动的潜艇时速一般在40千米以下,世界上最快的核潜艇是前苏联的阿尔法级,用了钛合金艇壳、液态金属冷却核反应堆等一系列技术,时速甚至超过了很多鱼雷,达到了75千米,但也仅仅是水中音速的1.4%。苏联搞的黑科技“超空泡”鱼雷,据称时速可以高达370千米,虽然能否达到如此高速还有疑问,但即使达到,也仅是音速的7%。超音速飞机都在天上飞了70多年了,水下的超音速航行还遥遥无期。

这是否意味着我们就不能在水下实现超音速了呢?并不。虽然我们的科技水平不足以让潜艇这类物体超音速,但还是有途径在水下制造极高的压力,在超高压力的驱动下实现超音速。如何制造极高的压力?答案就是:爆炸

常规炸药的爆炸就足以在水下形成超音速了,但说到水下爆炸,王者毫无疑问是核爆。最著名的一次水下核爆就是美军的“十字路口”行动,发生在著名的比基尼环礁(比基尼:mmp,倒霉的总是我。。。),这也是人类历史上第一次有新闻媒体见证的核爆,留下了大量的图片和视频资料。下图就是其中一张,右下角的小黑块就是一艘艘的军舰,用来测试核爆威力的,水面上的白色圆圈是因为冲击波过后压力又骤然下降,水瞬间空化变成气泡而产生的。