【物理原理】撕胶带为什么那么吵?

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来自沈阳师范大学-李宜东发布于:2022-09-25 18:28:25
一阵猛烈摇晃之后,我们紧盯着香槟酒瓶,期待着瓶塞在下一秒就弹射出去。随着“砰”的一声,酒液和泡沫喷涌而出,人群中也爆发出欢呼声——这是庆祝活动中常见的一幕。但是这并非打开香槟的正确方式,反而相当危险,每年都有人因此受伤。 让我们重新来过,不去摇晃香槟酒,拆开覆在软木塞上的铁丝网。一手按着瓶塞,一手缓慢旋转瓶身,瓶塞会自然地被瓶内气压慢慢顶出,然后“啵”的一声弹出来,随后瓶口出现淡淡的白雾。气流通常是无色的,这意味着我们无法直接看到冲击波。那为何还能用摄像机捕捉到香槟瓶口的超音速冲击波呢?事实上,与其说我们看到了超音速冲击波,不如说是观察到了只有超音速气流才能形成的现象。 如果你留心过超音速飞机起飞或者火箭发射,也许会注意到,它们的尾部总带有一串明亮的光环,这也是马赫环。火箭和飞机都需要喷射超音速气流来获得强大推力。喷出的超音速气流压力很高,所以当它从喷管喷入大气中时,会直接膨胀;但膨胀后的气流压力又会低于大气压,因此会再次被压缩。如此一来,超音速气流会在膨胀与压缩间往复循环,这个过程会形成膨胀波与压缩波,二者在传播过程中相遇叠加,就形成了一个个的圆环,也就是马赫环。如果大力地撕胶带,你会发现胶带总是被一截截地扯开,听上去是一段段的“撕拉”声。当你用力将胶带撕离附着表面时,胶带粘合剂会像弹簧一样拉伸,并储存弹性势能(所以无法连续地撕开)。在粘合剂“弹簧”承受不住更大的拉力断裂后,累积的弹性势能会立刻转化为胶带*边缘(附着胶带与分离胶带的分界线)的动能。 如果用高速摄像机拍摄这一过程,你会看到胶带*边缘会以每秒650到900米的速度运动,远超音速,甚至超过了*的速度。这意味着附着胶带每一次积攒势能、而后剥离,都会释放微小的超音速冲击波。所以不难理解,在我们听来,一次次迷你音爆的叠加当然会很刺耳。
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来自沈阳师范大学-李宜东发布于:2022-09-25 18:28:44
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