你也被公园里甩鞭子的大爷吓爆过?那该看看这个
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　　　　公园里，很多老大爷喜欢抽陀螺健身。如果不是亲眼见到挥舞鞭子的大爷，你很难想象那清脆的啪啪声是小小皮鞭发出来的。　　其实，这啪啪啪声就是一次次小小的音爆，因为根据观测，抽鞭子的时候鞭梢的速度已经突破了音速，这也可能是人类最早突破音速的尝试。　　　　鞭子抽出响，就是感受到超音速的瞬间。图片来源：Jefferson Taft　　但音爆是怎么来的呢？　　那我们得先说说叫耶格尔的哥们。日上午，美国西部鸟不拉屎的莫哈维沙漠。这是晴朗的一天，除了风吹过裸露的山丘外，只有几条响尾蛇懒懒的在沙地上画着S。突然，一声巨响，真正的晴天霹雳，大地为之颤抖；然后不知道从哪儿冒出来一群奇怪的人，他们欢呼雀跃，把帽子扔上了天。　　　　查尔斯·E·耶格尔，第一个超过音速的人。图片来源：　　不久之后，一架有着炮弹般外形的橙色小飞机翩然降落在一座荒漠中的机场，从驾驶舱里钻出来一位英俊的小伙子，此人就是耶格尔（C. Yeager），因为这一声巨响永留史册——他是第一个把声音抛在身后的人，刚刚驾驶贝尔X-1型飞机超过了音速。　　　　飞行中的X-1（原编号XS-1）。下面的图纸是第一次超音速飞行的数据记录纸带。图片来源：nasa.gov　　这声巨响是怎么回事？　　让我们先把视线从天空转向水面。　　把一粒石子投入水中，水面便会出现一圈圈涟漪，这是石子扰动水面形成的波。再看看航行的船，船头激起了倒V字型的楔形波纹。在空气中运动的物体与水上行船相似，只不过二维的水面变成了三维的空间，任何在空气中运动的物体都会扰动空气形成波。　　这看起来没什么，但当物体运动的速度越来越快时，问题就出现了。空气中波的运动速度是有限的，也就是音速，当物体的速度达到音速时，它激起的那些波就被物体本身赶上了，堆积起来。换句话说，就是空气分子来不及逃开，被挤压在了一起。　　喜欢玩儿水的朋友肯定对这种场景有所体会，水是温柔无形的，不过你如果想玩一下十米跳台，那可要小心，如果玩的不甚熟练，不小心肚皮接触了水面，温柔的水同样可以把你“揍”的七晕八素，肚皮青紫。如果玩儿的更惊险， 来个悬崖跳水，如果姿势不当，那跟跳楼没什么区别。　　如果你没有类似的体验，可以找个风和日丽的周末，或者碰巧赶上商场大减价的时候，去下西单。远远的你看到有个美女或帅哥，你想快点儿追上她/他，于是你加快了脚步，很快你就发现人流成了你的阻碍，行人躲开的速度实在有限，你心急如焚，甩开膀子疾走。快到一定程度，你就发现自己再也无力提速了，因为 人流变成了人墙。　　当飞机的速度接近音速，情况与之类似：　　一堵空气墙横在前面。无奈上火的你多么希望自己变身绿巨人，轰隆一声把人撞得满天飞，哪怕胳膊上挂着七八个潮男靓女也阻挡不住你追求爱情的心——恭喜你，你悟到了超音速的真谛。只要动力足够充沛，结构足够结实，外形足够合理，被空气墙裹住的飞机便会超过音速。此时被压缩到极致的空气被穿透，产生了激波。　　　　一架美国海军航空兵蓝天使飞行表演队的F/A-18战斗机低空超音速掠过海面。超音速形成的激波引起空气压力的迅速变化，导致水气凝结，形成所谓P-G奇点效应（Prandtl Glauert singularity）。同时，冲击波在海面上犁出了一条白浪。图片来源：NASA.gov　　激波是什么？　　很难详细解释激波，因为它涉及到“熵、信息、介质、场、紊流”等一系列玄而又玄的概念。你只需知道这激波可以造成压力的剧烈波动。 这就是莫哈维沙漠上神秘巨响的来源，更通俗的名称叫做音爆。　　如果你有幸听过大爷挥鞭子的声音，你会注意到它实际上是由紧邻的两声巨响组成的，这分别代表了空气被飞机前部撞开和空气在飞机尾部闭合形成的激波。当然，由于地面和建筑物的反射，那声音更像是打雷，绵延不绝。　　　　上图这架奇形怪状的丑飞机是美国诺斯罗普格鲁曼公司为研究改变飞机外形以减小音爆而设计的。图片来源：nasa.gov　　超音速飞机的音爆有多大的威力？　　音爆的能量巨大，一架低空超音速飞行的战斗机产生的音爆足以震碎门窗玻璃——所幸， 飞行员自己不会被震到，因为飞得比声音快嘛。　　有一个未经证实的传说，上世纪五六十年代一家开在美国某空军基地附近的养鸡场老板曾经投诉过空军，因为他的上万只鸡都被耍酷的飞行员用音爆震死了。前不久的以巴加沙冲突期间，以色列空军也曾经多次夜间对加沙城实施音爆袭扰，有报道称震坏了350个门窗，造成了儿童的恐慌。　　　　上图这架奇形怪状的丑飞机是美国诺斯罗普格鲁曼公司为研究改变飞机外形以减小音爆而设计的。图片来源：nasa.gov　　正是因为听到过音爆的人相对较少，所以它引发的恐慌事件也层出不穷。日，两架军用飞机超音速飞越美国亚利桑那州的尤马市，当地的911报警电话瞬间被打爆，许多民众报告发生了爆炸或者是地震。其实如果你仔细听，音爆之后总是伴随着着飞机飞过的声音，本驼小时候一直以为这是飞机在投炸弹&&　　但人类几乎肯定不是最早的超音速物种。计算机和物理模拟认为，近2亿年前的迷惑龙Apatosaurus神龙甩尾可能就超音速了&&　　　　一个AI　　超音速飞机：　　　　超音速佛祖：　　　　超音速大爷：　　　　by@玄想Moon
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鞭子响声从哪来？
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这一结构在以音速运动时所产生的声震。而照理说，响声在鞭梢运动达到音速的一刻就应该出现，这让科学家们感到迷惑不解。 戈里耶利及其合作者通过数学模型分析，破解了上述谜团。他们的模型显示，鞭子甩动过程中会在运动方向上形成环状结构，证实鞭子甩动过程中确实会有声震据新华社电 拿起一根皮鞭快速甩动，与传统看法有较大出入。目前科学界普遍接受的鞭子甩响机理，近百年前就已确立。早在1905年，物理学家就发现，鞭子甩动中产生的响声是一种声震，该声震是鞭子的某些部位运动速度超过音速时产生的。1927年，科学家们通过高速阴影照相技术，鞭梢的运动速度往往已经是音速的两倍。 此前的研究大都认为，产生声震的是鞭子的鞭梢部位。但近年来的一些观测结果却显示，在鞭子甩动的响声发出时，鞭子甩动中形成的环状结构速度达到了音速而产生声震，这是鞭响的真正来源。 亚利桑那大学数学系教授戈里耶利等提出的这一解释，它就会在空中发出脆响，美国科学家最近为这一常见现象提供了新的解释。他们认为，是鞭子脆响的主要原因。他们在将于《物理评论通讯》杂志发表的论文中指出，当鞭子环状结构运动速度处于音速时
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冰王说球-挥拍秘籍之旋转的秘密（上）
第一期的时候我们说过打球时要尽量锁腕不要压腕，第二期的时候有说过要通过大臂回摆锁肘来加速小臂摆速，很多人可能还知道杀球时还需要锁肩，似乎这个锁成为了发力的关键所在，本期我们来讨论一下“锁”&&&&&&&&&“锁”简单的理解就是制动，相信业余爱好者听过不计其数，那究竟为何要制动，跟往常一样，理论课开始了，上期曾提到过螺旋加速效应，实际上是一种惯性作用。惯性：物体保持静止状态或运动状态的性质下图的牛顿摆是具有典型意义的惯性作用，两侧的球体来回传递着能量，保持着动量守恒。在高级物理学里，这个理论称之为角动量守恒定律，而螺旋加速效应只是其中的一种应用，很多人称之为甩鞭效应。下图的仿真测试结果，鞭梢的速度瞬间可以达到音速角动量是什么？角动量守恒定律是什么？螺旋加速效应又是什么？角动量：物体以旋转的方式移动而产生的动量值，这个值跟旋转半径和旋转速度以及物体本身的质量（重量）有关。角动量守恒定律：在一个转动体系中整体的角动量保持不变（下图表述的是当哑铃回到中间，半径缩小，为保持整体的角动量守恒转速就会增加，反之，转速就会降低）螺旋加速效应：基于角动量守恒定律，在一个旋转体系里，头部物体后产生角动量，并向尾端传递，尾端的旋转速度会越来越快。这个过程将需要2个必要条件：（比如鞭子、双截棍、三节棍）第一：物体在传递动量后旋转速度降为零第二：被传递的物体质量逐渐缩小下图中明显可以看到双截棍的另一段，速度已经快到肉眼无法看清&&&&&&&&&挥拍过程恰恰就是一个旋转体系，并且满足螺旋加速效应的条件：第一个旋转：从转体展腰开始（向上甩出大臂、收紧小臂），经过收腹、下压大臂、向上甩出小臂（外旋手腕）到内旋手腕击球结束。角动量守恒过程：1）产生角动量，转体收腹，腰部是轴，旋转物体是躯干+大臂2）第一次转换，向上甩出小臂，肘部是轴，旋转物体是整个小臂3）第二次转换，内旋手腕，腕部是轴，旋转物体是手腕和拍子这个旋转由腰腹和大臂产生角动量，并逐级向拍子传递能量，并将拍头加速至上百公里，而能量的传递就需要上一个动作停止，也就是“锁”。如果有物理达人不妨去算一算，一个职业选手在挥拍过程中肩、肘、腕三个关节的最高速度分别为10-20公里、30-40公里、60-70公里，拍头的速度均在百公里以上，再通过碰撞转移到球让专业选手能杀出400公里的球速也就不奇怪了。锁的目的、时机以及方法：锁肩：发动目的，让大臂与躯干保持在同一直线，与躯干同时作用产生初始角动量；发动时机，向上甩出大臂时，发动方法，通过大臂回摆实现。锁肘：发动目的，将动量传递个小臂；发动时机，向上甩出小臂时，发动方法，通过大臂回摆实现（参考上期）锁腕：发动目的，将动量传递给羽毛球，并让手腕与小臂保持在同一直线；发动时机，拍面击球瞬间；发动方法，通过手腕内旋实现。这里有一个误区：“锁”不等于制动因为很多人提到“锁”这个字的时候都会联想到制动，就会觉得是主动的去卸力，导致发力不足，这是错误的，所谓的“锁”实际上是力量的传递而产生的现象，并不是主动地卸力，“锁”是一个目标，将力量释放至那个特定的目标点，就完成了动量的转换，当你熟练动作后就能有效地把力量层层传递出去，自然就做到“锁”了综上所述：其一，挥拍最初的力量来源于腰腹，也是最重要的力量之一，当然手臂的力量也不容忽视；其二，想要打出快速的击球必须要尽可能的熟练动作来实现有效的动量传递（未完待续）（注：文中所述之理为便于理解，论均为简化后的通俗版本，描述上与真实理论有出入）
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