公園の老人たちはどうやって超音速で鞭を打つ秘密を習得するのでしょうか?

鞭については誰もが知っているはずです。家畜を追い立てるのにも使えるし、武器としても使える。現在では、鞭はフィットネス器具となり、「スナップ鞭」と呼ばれています。

出典: 百度百科事典

鞭打ちは河南省発祥で、人々の間で人気のある健康法です。体を曲げ、肩を引いて、腕を上げ、手首を振って、鞭を振る。鞭は空中で「パチッ」という音を立て、周囲に響き渡ります。しかし、おじさんが鞭を鳴らすたびに、実は超音速で鞭を鳴らすことができるってご存知ですか！ ?ここで何が起こっているのですか?

1. ソニックブームとは何ですか?

まず、柔らかい鞭がどのようにして空中で音を立てるのかを知る必要があります。これは、「ソニックブーム」という特異な物理現象から生じます。 「ソニックブーム」は、文字通りに言えば「音の爆発」を意味しますが、実際には、「ソニックブーム」を理解するには、まず「音の壁」が何であるかを知る必要があります。

「音の壁」は簡単に言えば障壁と理解できますが、この障壁は空気中に存在し、肉眼では見ることができません。あらゆる物体（音を含む）は、空気中を伝播するときにある程度の抵抗に遭遇します。物体が速く移動するほど抵抗が大きくなり、空気中に障壁が形成されて物体の加速が妨げられる可能性があります。

飛行機を例にとると、飛行機の速度が音速に近づくと、抵抗が急激に増加し、異常な動作や自発的な急降下を引き起こします。同時に、航空機の速度をそれ以上上げることはできません。かつて人々は、航空機の速度の限界は音速であると信じていました。音速に達すると、航空機は目に見えない空気の障壁に直面するため、この現象は「音の壁」または「音響の壁」と呼ばれていました。

航空機が音速の壁を突破

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水に石を投げると、石が落ちた地点を中心に水面に波紋が現れます。音の伝播についても同様です。音は波の形で空気中を伝播します。あらゆる音は、音を発する物体を中心に円を描きながら広がり、あらゆる方向に広がり、広がります。

音波デモンストレーション

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音を発する物体が固定されており、音を伝達する媒体が完全に均一である場合、音波は規則的な同心円の形で伝達されます。しかし、音を発する物体が動き始めて加速し続けると、音を発する物体の周囲の音波は円錐状のステレオ音波エネルギー場を呈することになります。新しく発生した音波が以前の音波に重ね合わされると、音は大きくなります。

適用範囲をあらゆる波（光波、音波、水波など）に広げると、有名なドップラー効果が形成されます。ドップラー効果とは、物体から放射される波が物体または観測者の動きに応じて連続的に変化する現象を指します。移動する波源の前では、波は圧縮され、波長が短くなり、周波数が高くなります。逆に、波源の後ろの波長は長くなり、周波数は低くなります。遠くから車が近づいてくる時と同じように、聞こえる音の大きさも大きくなっていきます。これは音波の圧縮と重ね合わせの結果です。

ドップラー効果

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航空機が超音速に達すると、音響発生体である航空機が音の伝播速度を超え、周囲の空気が強く圧迫され、音の壁を突破する際に大量のエネルギーが集中して噴出するため、強力な爆発音が発生し、ソニックブームが発生します。

ソニックブームの原因

ソース | 「ソニックブームとは何か_そしてそれがあなたが知っているすべてのルールを破る理由」

そこで人々は、物体の速度が超音速に達するほど速ければ、物体はこの障壁を突破できることを発見しました。同時に、物体の周囲に強い衝撃波が発生します。爆発の「ポン」という音が聞こえ、時には円錐形の雲が目に見えることもあります。

最初のソニックブームは、1947年にアメリカのパイロットがX-1航空機を時速1,278キロメートルで飛行させたときに発見されました。大きな音と霧の雲とともに、人類は初めて音速の壁を破り、パイロットは人類史上初めて音を超えた人物となった。

音速を超えたアメリカ人パイロット

ソース | 「チャック・イェーガーが音速の壁を破る -- X-1 -- 1947」

2. 鞭は超音速で振られる

小さな鞭でも、一連の専門的な動作を経ると、鞭の先端に大量のエネルギーが集まり、その速度は音速の 2 倍に達することもあります。この現象が「ソニックブーム」です。

ホイップ

出典: ビデオ「Smarter Every Day」のスクリーンショット

しかし、大きな音の原因は鞭だけではありません。最近、科学者たちは数学モデル分析を用いて、鞭を振ると移動方向にリング構造が形成され、この構造が音速で移動するとソニックブームも発生することを発見した。鞭のリング構造が音速で動くと、鞭の先端の速度は音速の数倍に達し、音の大きさが増します。

おそらく、広場で鞭を鳴らしているおじさんたちは、自分たちが超音速に非​​常に近づいていることを知らないのだろう。彼らの手に握られた鞭は音速の壁を破ることさえできる。人々の中には達人がたくさんいるというのは本当に本当です！しかし、このため、鞭打ちは多少危険を伴うため、運動する際には周囲の人や環境に注意する必要があります。