朱呈祥

月黑风高的夜里，一只蚯蚓窸窸窣窣从土里爬出来，它蜷曲着身体向前蠕动，贪婪呼吸着带有泥土香味的空气，它丝毫没有注意到身旁疯子般的达尔文在对它演奏着各式热闹的乐器。达尔文最后得出结论：蚯蚓是聋子。

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蚯蚓听不到声音，但原本在一旁睡觉的小猫却早早跑到花园的秋千躲了起来。尽管离得远，小猫还是能够听到楼上的乐器声，它感到非常纳闷，为什么不在乐器旁边也还能听到声音呢？这其实是因为弹奏乐器时周边空气发生了振荡并按不同节奏以声波的形式不断向四周传播，而小猫耳朵里的鼓膜在声波作用下产生振动最终形成了声音。

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那么声音的传播依赖哪些要素呢？声源、媒介、接受器。在上面的例子中，乐器是声源，空气是媒介，猫耳朵是接受器，只有具备齐全三要素，才能感受到声音。当然，声音在以声波传递的过程中能量会逐渐损耗，因此距离越远听到的声音也更小，如果小猫躲得足够远，它就可以不受乐器的骚扰了。

何谓声速？

声音既然是以声波的形式在媒介中传播，它的传播速度是多少呢，是接近你百米冲刺的速度还是接近光子的速度？都不是！！声音的传播速度取决于媒介的性质和状态。譬如声音在固体中的传播速度高于液体，更高于气体，再譬如温度越高声音的传播速度也越快。对于理想气体媒介而言，声音的传播速度可以简化为a=，其中是比热比，R是气体常数，T是热力学温度，而a就是声速。在标准大气压和15℃条件下，声音在空气中的传播速度为340m/s，而百米冲刺的速度仅为10m/s。

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我们可以比声速快吗？

有了声速的概念，就仿佛无处安放的青春突然有了参照目标。于是人们按照声速就将物体的运动速度划分为亚声速、跨声速、超声速、高超声速、超高声速等。我们在日常生活中碰到的几乎都是亚声速问题，即使是一些听起来已经非常快的物体，譬如赛车、台风、动车、民航客机等等。那我们到底能不能比声速快呢？当然可以。早在1976年，英国和法国联合生产的协和号客机便投入了商业飞行，这是世界上首个投入商业使用的超声速客机，最高飞行速度可以达到两倍声速，从巴黎到纽约只需要三个多小时。而运载火箭、航天飞机的速度更高，甚至超过了十倍声速。

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比声速快会出现哪些神奇的现象？

假如有一只不怕死的鸟坐在正以两倍声速飞行的协和号飞机头部欢快地唱着歌，那它能听到自己的歌声吗？事实上不能。鸟的歌声以声速向外传播，但这只鸟由于坐在协和号上，它本身在以两倍声速向前运动，比声音还快，因此完全听不到自己美妙的歌声，what a pity！除此之外，当物体在空气中比声速快还会出现一类特殊的流动现象——激波。

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激波可以理解为是一个肉眼不可见非常非常薄的间断面，面的厚度只在分子自由程的量级，空气经过激波时压力、密度、温度都会突然升高数倍，假如你正好站在激波面上，你可能会感觉自己左半身在冬天而右半身在夏天。这种物性的差别会随速度的升高更趋明显，譬如太空返回舱再入大气层时其前端产生的激波可能导致空气温度升高到2000℃以上，此时即便是钢铁也早已灰飞烟灭了。

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结语

声音是非常有意思的现象，而声速是对声音传播的最好描述。人们根据声速可以对物体的运动速度进行划分，还可以发现一些特殊的流动现象。当然，声音的奥秘远不止于此，我们将持续更新。

（作者介绍：朱呈祥，厦门大学航空航天学院）