5种惊人的物理现象（漫谈物理第001期）

众所周知，中学各科中最尴尬的学科莫过于“物理”，在大多数学生心目中，物理不是简单的难，而是地狱级、不人道的残酷无情！好多同学自从上了高一，物理就没有一次及格的。我退休前是高中物理老师，40多年的一线教研，深知中学物理的难处！新课程与新高考落地，中学物理的教学会更难。

中学物理难的根本原因之一，是我们老师与学生对生活中的物理现象知之甚少，课堂上只想盘熟物理概念，再通过刷题使其熟练，但现在考题大多要联系实际以解决问题。当前师生的短板就是没有“实际”！为此笔者拟以科普的视角，避开课本中严格的论证，从现象出发，漫谈一些物理现象及其分析，希望能有所启发。

今天是第一期，初中物理开篇是声现象，今天就谈一个大家不太熟悉而又很重要的声现象——音爆。读过初中的人都知道，声音是由声源的振动在介质中传播形成的，音爆是一种比较特殊的声现象，大多学过物理的人也比较生疏，大学、中学课本都少提及，但也是一个比较普遍的现象，介绍给大家以丰富学养。

当我们往水中扔一个石头时，水面就会出现一圈圈的波浪，这个水面的波浪就是一种波，而产生这个波的石头就是波源。空气被物体扰动也会形成波，这波的频率在一定范围内能被人耳听到，就是声音。声音在空气中以疏密相间的“波浪”形式传播。声源相对空气不动时，一切都是风平浪静。

当声源相对空气高速运动时，奇特的现象就会出现。我们可以将声波想象成从中心点发出的很多同心圆，而每个圆代表声波的波浪。当声源不动时，波浪圈就会对称地传递下去，当声源开始运动并且速度超过声速，前面的声波圈就会被压扁堆积，后一波会比前一波更快地到达。

具体可看超音速飞机发出的声波，这些声音以同心圆的方式传播，当飞机的飞行速度超过声速时，飞机对前面空气的压缩形成的声波无法超越飞机向前传播，逐渐在飞机的前面压缩积累形成密度很大坚实的空气屏障，飞机以超音速突破这道屏障后，屏障区空气被飞机穿越后密度突然变小，体积剧烈鼓胀，发出强烈的爆炸声，这就形成了音爆。

人们对音爆这种物理现象的了解，就是通过超音速飞机看到或听到的，那是1947年美国人驾驶超音速飞机，以每小时1278公里的速度飞行时，在空中留下一团云雾并且伴随着巨响，这是人类第一次突破音障，这个飞行员也是人类第一个将声音抛在后面的人。

尽管音爆是由飞机高速飞行造成的，但在飞机内的飞行员是听不到这种响声的，因为飞行员坐在座舱里，始终处于前激波的后面、后激波的前面，也就是说，即便驾驶室不封闭，他也是处在一个暂时的稳定的正常气压区域中，因此空气的疏密变化感觉不到，而声响又被他抛在身后，是没有感觉的。

“音爆”的强弱以及对地面影响的大小，与飞机的飞行高度有着直接的关系。激波和水波一样，距离越远，波的强度就越弱。当飞机作低空超音速飞行时，不但在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，损坏建筑物。但随着飞行高度的增加这种影响越来越弱，当飞机在高空飞行时，地面基本不会受到影响。

金庸小说《笑傲江湖》中的琴音、剑气隔空伤人，理论上讲都是这种音爆前激波反致；高中物理课本序言课中有隔空击碎玻璃杯的实验也属此类；操场上孩子们用鞭子抽打陀螺，有时会听到“啪”的声响。这就是鞭子的尾梢瞬间超音速发出的音爆声。

物理现象大多是在一定条件下自然发生的，牵涉多方面问题，解释起来往往很复杂。而作为科普，说深了不易弄懂，说浅了还可能出错，这里不追求严格性，主要是介绍现象，提供些分析思路，开阔视野，具体问题到时学了相应知识，再联系解释就容易多了。希望有用并望关注点赞，转发给更多人知道，更希望多提意见多交流，谢谢噢！