風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

由於聲音傳播的時候需要介質,生活中充當聲音傳播媒介最多、最熟悉的就是空氣了。風是空氣的運動,聲音又是空氣粒子的振動傳遞,那這麼兩個誰更快呢?逆風說話對聲速有沒有影響呢?下面就說這兩個問題。

風速VS聲速

風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

簡單的答案是:風的速度可以比聲速更快。風只是一團空氣在太空中的大體積、大質量運動,從原則上講,它與一列高速行駛的火車、一顆掠過太空的彗星、一架飛機沒有什麼不同。

對於有質量物體的運動速度,唯一的限制是光速在真空中的普遍速度限制。聲速在宇宙中不是像光速那樣的基本速度。聲速只是描述了機械波在物質中傳播的速度。不同的材料有不同的聲速。風速和聲速是完全不同的東西。

風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

風速是一大塊空氣相對於靜止的外部觀察者移動的速度,因此風速是相對的。另一方面,聲速是材料內部振動波相對於該材料的速度,因此不依賴於任何框架。如果你選擇正確的參照系,你可以讓風以接近光速的速度前進。

風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

比如,你客廳裡的空氣相對於你來說是靜止的,而地球上的風相對於銀河系中心的速度也快得令人窒息。國際空間站上的空氣相對於地球的速度是聲速的20倍,但空間站上的宇航員可以很好地說話,並透過空氣來發送聲音。

話雖如此,地球表面的大陣風一般不會以接近聲音的速度傳播。

如果風的速度比聲速快,會發生什麼?

在這種情況下,風的速度比聲速快仍然只是風。但是,如果超音速風擊中一個靜止的物體,就會產生音爆,使那個物體受到強有力的撞擊,並且解體。一架噴氣式飛機在靜止的空氣中以高於音速的速度飛行,這與風在靜止的噴氣式飛機中以高於音速的速度吹過是一樣的。

風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

在超音速風洞中,風的速度比音速快。

在這兩種情況下,都產生了相同的音爆。實際上,這就是超音速風洞背後的工作原理。風速比聲速還快,如果風打在靜止的樹木、房屋和岩石上,就會產生音爆。請注意,如果真的有大的、持續的、由天氣引起的、比相對於地面的聲速還快的風,那麼我們需要擔心的就不僅僅是音爆了。空氣中的聲速約為每小時1200公里(340米/秒)。持續的風速超過每小時100公里,都足以將樹木連根拔起,摧毀建築物,汽車滿天飛。如果風速達到每小時1200公里,那麼地面上沒有任何東西可以完整的存在。

逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

為什麼當一個遙遠的聲音隨風傳播時更容易被聽到?為什麼聲音逆風傳播時會變弱呢?先想一下你有這樣的經歷嗎?

當你逆風站立時,不管你喊得多大聲,你的遠方的朋友都聽不到你的聲音,但他們說話你卻能聽得很清楚。是風散射了聲波嗎?令人驚訝的是,這種現象與折射有關!

風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

當聲波和風一起傳播時,也就是順豐傳播,它在空中傳播的速度更快。一般來說,由於障礙物的存在,靠近地面的風速較低,因此風速隨高度的增加而增大(上圖)。折射是由於聲音在上部和下部區域的速度不同造成的,就像聲波在不同介質中傳播速度不同一樣。聲波將被折射到聲速較低的區域,因此聲波在隨風傳播時將被向下折射,從而可以傳播到更遠的地方。

風速能比聲速更快嗎?逆風說話,聲音傳播距離更短嗎?

相反,當聲波逆風傳播時,即當聲波與風向相反時,聲速會被風速降低,從而導致上部區域的速度降低。根據上述原理,聲波將被向上折射,此它不容易到達遠處的人。

綜上所述,風其實是一個實體物質,它的傳播速度只受制於宇宙極限速度光速的限制,是可以比聲速更快的。而且,順風可以讓聲速隨介質傳播得更快,更遠,因此下次喊人的時候,儘量站在順風口!

頂部