大家都知道多普勒效应吧,高中学过的,其中一个图很直观
由于音波有频率,我们可以大体把波峰简化成一圈一圈的涟漪(注意,水波涟漪是横波,声音是纵波,只是因为都可以一圈一圈的表示,暂且这么比喻)
我们看俯视图(如果没有障碍物,声音是球型扩散,但由于我们看的物体是直线运动,我们就只考虑运行方向所在的平面也就是这个球型的截面上的扩散的图,其他的不用考虑)
正常速度下,是这样的
运动起来,就是这样的
那么问题来了,如果运动速度等于音速呢?
高能来了
看看最右边,波峰挤在一起了,理论上音频是无限高。
当然,实际上不可能无限高,毕竟功率有限,肯定是乱套了,挤在一起的分子会怎样运动我不知道,但烈度一定极高。这个音频极高点的能量密度也很高。音爆云就是锥形也是这个道理。
要知道声音是纵波,用高赞 @耳畔清笛 的回答来说,就是踩踏烈度到了最高的时候https://www.zhihu.com/question/317559001/answer/1545754467
这个音波扫过来的时候,耳朵基本上就废了。
那么如果超音速呢?
如果在运行方向,你听到的声音甚至是倒放的,因为后产生的音波反而先到你的耳朵里了。
真:物理倒放。
到时候你听奥里给,就是gay捞了
至于音爆的具体威力,这个我也不好说,但功率一定十分巨大,它是将多个不同时间的波峰强行聚到了一起,在去掉空气的柔性能量损失,具体公式嘛。。。诸位上了大学,学了高等物理流体力学相关的知识就就可以懂了。
为什么我不说呢?因为我也不会啊(被打)。
就像下图里的夫子,自以为很厉害,却最终被吐槽:孰为汝多知乎?(叫你整体刷知乎)
当然,也有本办法,就是暴力模拟:在粒子软件里输入空气的各种参数和物理运动规律,模拟好粒子的运动后,然后力学分析一下,可以大体得出数据。大概是下图中这样的软件,不过分析的是流体。
不过近年来这种工业力学分析软件慢慢被美国卡脖子,我们的工业软件现在一败涂地,如何摆脱困境也是我们需要面临的问题,不过这不是今天的问题,这里不跑题了。
总之,要明白空气是一个个游离的粒子组成的,很多问题就能形象的理解,比如气压,就是自由流动的粒子把重力平均的进行了分布,所以气压是均衡的分布在物体上的,同理深水的水压也是,这也是为什么球形壳体最抗压的原因,这个暂且不表。
最后总结:声音的本质是分子的振动,音爆就是波峰聚集后空气的超密集震动。