隱形殺手“空氣墻”

□文/華興恒

飛機(jī)突破聲障時(shí)的神奇景象 供圖/視覺中國(guó)

空氣也能構(gòu)成堅(jiān)硬的“銅墻鐵壁”，因而成為非常可怕的隱形殺手。這聽起來可能會(huì)讓人覺得難以置信，然而卻是不爭(zhēng)的事實(shí)，歷史上就曾出現(xiàn)過多起飛機(jī)被“空氣墻”撞得粉身碎骨的奇怪事件。這究竟是怎么一回事呢？下面，我們就一起來探究這個(gè)悲催而又神秘的問題。

事情的經(jīng)過大致是這樣的：早期的飛機(jī)都是用螺旋槳作為推進(jìn)器的，這種飛機(jī)可以達(dá)到每小時(shí)700多千米的飛行速度，這比汽車要快得多了。可是，人們并沒有因此而感到滿足，有人就提出了這樣一個(gè)既現(xiàn)實(shí)又非常值得思考和試驗(yàn)的有趣問題：“聲音在空氣中每小時(shí)可以跑1200多千米，有沒有辦法可以使飛機(jī)的飛行速度追上聲音呢？”為了實(shí)現(xiàn)這一偉大目標(biāo)，人們?cè)O(shè)計(jì)出了一種新式的飛機(jī)，這種飛機(jī)不是使用螺旋槳來推進(jìn)，而是靠向后噴射大量的高溫、高壓氣體產(chǎn)生的反沖力，從而實(shí)現(xiàn)向前快速飛行的。這就是我們現(xiàn)在所熟知的噴氣式飛機(jī)。

第一架噴氣式飛機(jī)的速度一下子提高了很多，此后經(jīng)過不斷改進(jìn)，竟可以達(dá)到每小時(shí)980千米以上。眼看著在這場(chǎng)與大自然的“賽跑”中，飛機(jī)就要超過聲速了！

就在人們感到歡欣鼓舞之際，意想不到的慘劇卻發(fā)生了：當(dāng)試飛的噴氣式飛機(jī)速度繼續(xù)增大就要接近聲速時(shí)，突然發(fā)出了一聲雷鳴般的巨響，轉(zhuǎn)瞬之間，正在飛行的飛機(jī)變得粉身碎骨，就如同撞上了一座看不見的大山。這一切令人驚恐，更使人害怕。此后，又連續(xù)發(fā)生了幾起類似的爆炸事故，其中的原因一時(shí)卻不得而知。飛行試驗(yàn)不得不暫時(shí)中斷。

有鑒于此，飛機(jī)設(shè)計(jì)師、工程師與物理學(xué)家聯(lián)合起來對(duì)此類怪事進(jìn)行了深入的調(diào)查研究，反復(fù)地進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，終于找到了人們難以想象的真正元兇，這就是空氣。這一結(jié)果既讓人們大跌眼鏡，更讓人們大驚失色，原來看似非常柔弱的空氣，竟然能夠把飛機(jī)撞得粉碎！

原來，一切物體包括飛機(jī)在內(nèi)，在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)對(duì)前面的空氣產(chǎn)生一定的壓力作用，從而使得物體前面的空氣被壓緊，于是就形成了一堵看不見、摸不著的“空氣墻”。并且物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，這堵“空氣墻”也就越堅(jiān)固（即空氣的密度增大）。

如此說來，是不是我們每個(gè)人都要小心，以防撞到這堵“墻”呢？請(qǐng)大家完全不必為此擔(dān)心，因?yàn)椤翱諝鈮Α笨偸且月曇舻乃俣雀咚傧蚯帮w奔的，只要在低于聲速的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，人們是不可能追上它的。只是對(duì)于想超音速飛行的飛機(jī)或其他物體來講，那就勢(shì)必碰上“空氣墻”，發(fā)生前面所說的那些慘劇了。科學(xué)家們把空氣的這種作用稱為“聲障”。科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，由于飛機(jī)體形巨大，再加上外在形狀的不同，從而導(dǎo)致周圍的氣流不均勻，因此在飛機(jī)速度還沒有超過聲速時(shí)，就會(huì)被撞得粉碎。

那么，能不能克服聲障呢？難道人類制造的飛機(jī)的速度就要永遠(yuǎn)落后于聲速嗎？不！科學(xué)家們經(jīng)過認(rèn)真研究、反復(fù)實(shí)驗(yàn)、多方探索，終于找到了解決這一問題的方法，那就是把飛機(jī)的外形適當(dāng)?shù)馗淖円幌拢褭C(jī)身做成紡錘形，兩頭尖，中間粗，再把飛機(jī)的兩個(gè)機(jī)翼盡可能地向后掠，這樣飛機(jī)就可以順利地穿過“空氣墻”，從而有效地避免了慘劇的發(fā)生。

現(xiàn)在，一些較為先進(jìn)的噴氣式飛機(jī)的速度已達(dá)到聲速的2倍甚至3倍了。在這場(chǎng)與聲音“賽跑”的競(jìng)賽中，人類終究還是勝利者。大家從中不難體會(huì)到科學(xué)知識(shí)的威力、物理知識(shí)的神奇。

考考你

低空超音速飛行的噴氣式飛機(jī)在突破聲障時(shí)，會(huì)伴隨出現(xiàn)一個(gè)奇特現(xiàn)象——音爆云，即形狀像是一個(gè)以物體為中心軸、向四周均勻擴(kuò)散的圓錐狀云團(tuán)。這是因?yàn)闄C(jī)身周圍的水蒸氣發(fā)生了以下哪種變化？

A.機(jī)身周圍的水蒸氣通過壓縮體積的方式液化

B.機(jī)身周圍的水蒸氣通過降低溫度的方式液化

解析：

A是正確的。音爆云的產(chǎn)生原因是機(jī)身周圍的水蒸氣液化形成微小的水珠，看上去就像云霧一般。液化的方式有兩種，分別是壓縮體積和降低溫度。由于超音速飛行的噴氣式飛機(jī)速度太快，空氣都堆積到了飛機(jī)周圍，產(chǎn)生極大壓力，使機(jī)身周圍的水蒸氣通過壓縮體積的方式液化，形成水霧。