来自自招的难题 ◣
2016年北大博雅的面试中曾经出现过这样一个问题：音障是什么？白雾的成因又是什么？不少同学曾被这个问题问的一脸懵逼，结果与降分失之交臂。
今天就让我们来聊一下，音障到底是个啥？
一个小故事 ◣
第二次世界大战的某天，万里无云，阳光正好。战斗机飞行员A为了逃出后方敌机追击，疯狂加速，直至达到马赫数MO.9（空中时速约950公里）。正当他庆幸成功脱离包围圈时，突然，飞机周身出现了一片白雾。A心里暗道不妙，这是遇见“音障”了！果不其然，几秒钟后只见空中炸开一团巨大的火花带着滚滚浓烟，飞机碎片四散开坠落，A连带战斗机一起机毁人亡。
等等！
这个故事也太假了吧？
就这点白雾能让飞机爆炸？
你不是在逗我吧？
停停停！
心里产生这种疑惑的同学乖乖坐下，拿出小本本来好好记一下吧。
（没有这种疑惑的课代表、裁判、上一届冠军也坐下，不要再秀了。）
◢ What is 音障 ◣
要回答上面几个问题，首先让我们来看看“音障”到底是什么吧。
当物体（通常是航空器）的速度接近音速时，物体将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积会造成震波（气体超音速流动时产生的压缩现象之一）的产生， 进而对飞行器的加速产生障碍，这就是音障。当航空器以超过音速的速度飞行， 正好要加速突破音障时，航空器的周围有时候会有一团云雾形成。
不过，关于这团云雾的成因，科学界仍然颇有争议。目前最盛行的理论认为：在飞机加速突破音障的瞬间，飞机四周的空气压力骤降，发生了一种奇特效应， 使空气中的水气凝结成小水滴，从而形成一团云雾。
好了上面那么长的一段字都不用看，直接看下面的内容就OK。
在正式讲之前，先给你们变个小魔术。BGM请自行播放：
《Pen Pineapple Apple Pen》
首先，I have a 飞机。
然后，I have a 空气。
（气死纠结语法的强迫症）
最后，两者一相撞。
啊~
音障~
是不是特别厉害！
大声告诉我你想学！
◢ 解密时间 ◣
众所周知，我们生活的空间周围都是充满了空气的，那么我们假设图中的飞机也在这种环境中。
在这种情况下，我们先将目光放在飞机前面的这团气体上。当飞机向前飞行时（也就是向图中的左边移动），那么毫无疑问，前面的这团气体会由于飞机的运动而被推开。
让我们来看看在慢镜头下，这个过程中具体发生了些什么。
第一步，飞机朝前方飞行。
第二步，飞机撞上前方气团，气团被挤压变形。
第三步，被挤压变形的气团恢复原状。
虽然在普通情况下，这团气体恢复原状的过程很迅速，但仍需要一定的时间。那么设定这样一个场景，假如在这种情况下，飞机的速度极其快，快到被挤压的气体还没来得及恢复原状，就又被快速飞行状态下的飞机继续挤压。同时在这团被挤压的气体后面，还有另外的气体也接连不断地处于被挤压的状态。那么这时候，飞机前方就会形成一连串的来不及恢复原状的压缩气体。
这时候便会出现上图中的情形。
那么问题来了，飞机得达到什么样的速度才能使气体来不及恢复呢？答案正是音速。
声音传播，靠的就是空气的压缩与复原，空气压缩再复原的速度就是音速。所以，音速就是一个很特殊的速度，飞行速度要与音速做对比。
这时候让我们再结合最开始跳过的那一段来看，“音障”其实指的就是当一个物体飞行速度接近音速时，会遭遇一股强大的空气阻力，使之产生强烈的震荡，造成速度瞬间衰减的情况。
◢ 突破音障 ◣
图为我国歼十战机
不过现在的人们已经不用再为“音障”而发愁了，因为物理研究的逐渐深入，飞机也经过了几代改良，特别是超音速飞机的出现，已经让“音障”成为了一个历史名词。
接下来我们看看，质心的物理老师们是如何在咱们的冬令营的基础班、复赛班讲的超音速飞机和音障吧。
温馨提示：拿出你的小本本开始记啦！
上图这是普通飞机。飞机最开始在红色处，一边往右边飞一边发出声音，最后在黑色处。飞机飞行的速度比声音传播的速度慢。
经过一段时间后声音能传播到的最远处形成一个圆形（立体情况下是一个球形），传播到最远处的声音是飞机在最开始发出来的。
这是超音速飞机。飞机最开始在红色处，一边往右边飞一边发出声音，最后在黑色处。
飞机飞行的速度比声音传播的速度快。经过一段时间后声音能传播到的最远处形成两条直线（立体情况下是一个圆锥），传播到最远处的声音是并不是飞机在开始发出来的。
这个圆锥又叫马赫锥，更有意思的是，他还有一个家喻户晓的名字——冲击波。有一个日本漫画家叫鸟山明，画了一部风靡全球的漫画叫七龙珠，里面一个超牛B人物叫孙悟空，有一个招牌招式叫“龟——派——气——功”的名字也叫冲击波。
事实上鸟山明误导了全世界人民，冲击波不是用手打出去的气功，而是因为波源速度太快，冲击而形成的波。
这是音障。飞机最开始在红色处，一边往右边飞一边发出声音，最后停在黑色处。
飞机飞行的速度和声音传播的速度一样。这样经过一段时间后，每时每刻发出的声音都会聚在飞机处，飞机所在处出现剧烈的空气震荡，形成了犹如一堵墙一般的空气团，俗称“音障”。
所以现代飞机要突破音障，都会把飞机的头做成一个尖尖。这个尖尖就是拿来刺破音障的。
◢ 作业时间 ◣
简单了解完关于音障的知识后，咱们就可以来做一道经常在冬令营的基础班和复赛班里的题了。
说，蔡子星有一天走在大街上，突然听见飞机的声音。抬头一看发现飞机的仰角是30°。一低头算出了飞机的飞行速度，掏出自己的手枪，一枪打爆了飞机。求蔡子星算出来的飞机速度是多少？
当然，经常有同学质疑说，只有飞机飞行速度，没有飞机飞行高度是打不爆飞机的。于是我们可以再严格一点。
说，蔡子星有一天走在大街上，突然听见飞机的声音。抬头一看发现飞机的仰角是30°，再经过Δt时间，听见正上方传来的声音。一低头算出了飞机的飞行速度和飞行高度，掏出自己的手枪，一枪打爆了飞机。求蔡子星算出来的飞机飞行高度是多少？
这个问题还有一个，最高级版。问金将军（金三胖）走在大街上，听见了天上各处传来飞机声，掏出自己的手枪。求：能打爆多少架飞机？
◢ 音障，bye ◣
感谢各方科研人员的努力，特别是物理界的dalao们，正是因为他们孜孜不倦地工作在科技第一线，飞机才能成功地突破“音障”，让速度真正达到了超越音速。“音障”这个名词也就此成为了一个历史名词。
所以，让我们重回这篇文章的标题。
到达音速极限会出现音障，那到达智商极限……
当然不可能是智障啦！
好了，说正经的，如果你的同学物竞已经6得飞起，程书难集刷得得心应手，还时常与dalao谈笑风生，而你却还是物竞小萌新，感觉头上有如“音障”笼罩，想要突破又找不到秘籍……
emmmm，通常伴有这样“症状”的小萌新会选择基础班（←戳这个链接了解课程）来快速掌握知识，实现弯道超车~
顺带一提，第一个故事是我编的。（当然你们肯定也猜到了……）
扫一扫关注公众号，看更多物理竞赛干货
复制 wulijingsai 微信公众号搜索关注
