什么高科技可以超音速？公园大爷单手就可以！

我们说到超音速，你会想到什么，是战斗机，还是子弹，反正都得是很多厉害家伙对吧，不过在超音速名人堂里还有一位名不见经传的殿堂级人物，公园大爷！

是的你没听错，这位玩鞭子的大爷也能超音速，不过他不是像超人那样让自己嗖得飞起来，超过音速，而是让手中的鞭子超音速，其实这事你们准还见过，他们挥鞭时啪的那声响，就是鞭子末端超越音速时产生的音爆。

那问题来了，大爷还是那个大爷，鞭子也是普通的鞭子，怎么大爷小手一挥，鞭子就超音速了呢？

其实从原理上讲，超音速并不难，只要有足够的能量就行。如果你高中时物理学的还算行，那应该还记得这个动能公式（Ek=1/2mv2）。如果速度一定，物体的质量越大，需要的能量就越多。而对于大爷甩出的鞭子来说，它也并不是整根鞭子都超过了因素，而是只有鞭子尾巴那一点点超过了音速，而鞭子尾巴这块的质量是非常小的，所以想让它超过因素，需要的能量并不是特别多，只要让大爷甩甩手，就能提供这份能量。

那既然小尾巴超音速需要的能量并不是特别多，为什么我们要是直接拿着这块小尾巴往出扔，却扔不出超音速呢，而必须得放在鞭子上甩呢？

这就涉及能量传递的问题了，如果我们直接拿着小尾巴去扔，那根据动能公式（Ek=1/2mv2），小尾巴得到的能量只能是它的质量，再乘以我们手臂挥动的速度的平方，再乘二分之一。小尾巴质量不大，我们甩手的速度也达不到特别快，能量自然不够。其实稍微想一下也知道，要想扔出超音速，首先我们的手就得能甩出超音速才行，这显然不可能。

而鞭子之所以能让小尾巴超音速，关键在于它不只“扔”了一次，而是时时刻刻都在“扔”，都在让自己加速。

首先，整个鞭子的质量相比于小尾巴大了很多，这就保证它在同样的速度下，能获得更多的能量。而随着鞭子甩动，鞭子的末端速度会依次减小，进而把自己的能量都传给前边。如果我们把鞭子想象成有很多段小鞭子连起来的一大条，那这个过程就好像每一小段鞭子都用尽全力把前面的部分再往前扔一下似的，而这个过程每扔一起，前边的速度就会又快一点，就这样你扔我我扔他。最终鞭子越甩越快，整个鞭子获得的动能最后全都集中到了小尾巴上。现在对于小尾巴来说，这么小的质量，却拥有整条鞭子为它收集的动能，速度自然就超级快了。

至于为什么鞭子超音速就会啪得响一声，这跟声音的传播有关。鞭子超音速之前，其实也会发出声波，就像水波会在湖面上慢慢扩散一样，这些声波也会在空气中向周围扩散，这个声波扩散速度就是音速。

随着鞭子一边运动，一边又产生新的声波，如果鞭子向某一边挥动，那在这边后来的声波就会和之前的挤在一起，变得越来越密，就像缓慢划船时，船前面也有一层层的水波一样。那从鞭子的角度来看，这些声波就都堵在了它跟前，每个声波都具有一定的能量，这么多声波聚在一起，就形成了一堵充满能量的声波墙。

而鞭子超越音速那一下，就相当于是一下把这堵墙撞破了，积攒的能量喷薄而出，这就造成了巨大的响声。

最后我们从科学的角度总结一下，下次再看见单手超音速的大爷，必须心存敬畏，尊敬老年人的问题就这么科学地解决了！

作者：问题小分队

审核：中国科学院物理所 研究员 罗会仟

出品：中国科协科普部

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