本文转载自公众号＂环球科学＂ 作者：不周提起超音速冲击波，我们可能下意识会联想到核爆炸、喷气式战斗机、火箭发射等。这些能量瞬间爆发的过程，无论怎么看，都与开香槟相去甚远。但有趣的是，据＂香槟学＂研究显示，香槟开瓶很像是一次迷你火箭发射，二者均会产生超音速冲击波。 一阵猛烈摇晃之后，我们紧盯着香槟酒瓶，期待着瓶塞在下一秒就弹射出去。随着＂砰＂的一声，酒液和泡沫喷涌而出，人群中也爆发出欢呼声——这是庆祝活动中常见的一幕。但是这并非打开香槟的正确方式，反而相当危险，每年都有人因此受伤。 让我们重新来过，不去摇晃香槟酒，拆开覆在软木塞上的铁丝网。一手按着瓶塞，一手缓慢旋转瓶身，瓶塞会自然地被瓶内气压慢慢顶出，然后＂啵＂的一声弹出来，随后瓶口出现淡淡的白雾。 也许是那抹白雾令人在意，在2019年《科学·进展》（Science Advances）的一篇文章里，物理学家化身＂香槟学者＂，突发奇想地用高速摄像机拍摄了香槟开瓶的瞬间。他们惊讶地发现，瓶塞弹出后，瓶中喷射的高压气流竟会形成超音速冲击波。 超音速冲击波，本质上是物体进行超音速运动时，会对周围介质（比如空气）产生扰动，从而不断在物体前方形成压缩气流。这些压缩气流携带了巨大的能量，会以超音速气浪的形式向四周冲击。 图片右上角为拍摄时间：从583微秒到1000微秒。高速摄像机捕捉到，马赫环（箭头所指位置）从离瓶口较近的图A位置，逐渐远离瓶口至图E位置，直到图F完全消散。（图片来源：原论文） 马赫环 气流通常是无色的，这意味着我们无法直接看到冲击波。那为何还能用摄像机捕捉到香槟瓶口的超音速冲击波呢？事实上，与其说我们看到了超音速冲击波，不如说是观察到了只有超音速气流才能形成的现象。 当你仔细观察这几张香槟开瓶瞬间的照片时，会发现有一条白线正逐渐远离瓶口，直至消散。而如果你从瓶口正上方向下看，会发现这条线其实是个圆环——这就是马赫环（mach disk）。 我国歼-20战机尾部可见一串明亮的光环——马赫环。（图片来源：新华网） 如果你留心过超音速飞机起飞或者火箭发射，也许会注意到，它们的尾部总带有一串明亮的光环，这也是马赫环。火箭和飞机都需要喷射超音速气流来获得强大推力。喷出的超音速气流压力很高，所以当它从喷管喷入大气中时，会直接膨胀；但膨胀后的气流压力又会低于大气压，因此会再次被压缩。如此一来，超音速气流会在膨胀与压缩间往复循环，这个过程会形成膨胀波与压缩波，二者在传播过程中相遇叠加，就形成了一个个的圆环，也就是马赫环。 不难看出马赫环现象出现的必要条件：一是超音速气流；二是气流压力与环境压力不等。前者满足冲击波出现的条件；而后者能使气流发生变化，进而产生不同的波。 香槟瓶口的马赫环与火箭尾部的马赫环成因相同，但二者有一个显著区别：超音速气流的温度。香槟瓶塞弹出的瞬间，瓶内气流快速溢出，导致瓶内气压与温度骤降，二氧化碳和水蒸气混合物会凝结成冰晶，形成灰白色雾气。也因此，香槟瓶口的马赫环会出现在白雾中。而火箭喷射的气流温度过高，会点燃混于其中的少量燃料，让马赫环在其中格外耀眼。 瓶塞弹出的瞬间 然而，虽然知道香槟瓶口喷射的气流能超过音速、产生马赫环，但具体的过程和物理机制尚未明确。今年，在一篇发表在《流体力学》（Physics of Fluids）杂志的文章里，科学家通过计算机模拟，进一步揭示了在香槟瓶塞弹出的1毫秒（1000微秒）中，冲击波形成、演变、最终消散的过程。 香槟酒富含二氧化碳，瓶中的气压约是大气压的6倍，瓶中压缩的二氧化碳气体会不断地向软木塞施加向外的推力，想将它顶出去。在稳定情况下，软木塞与瓶壁间的静摩擦力会与向外的推力相平衡。然而一旦你开始扭动软木塞，静摩擦力会迅速转变为动摩擦力，不再能与气压抗衡。瓶塞此时就如火箭一般，蓄势待发。 计算机模拟图像。从上至下，每行分别对应冲击波演化的第一阶段、第二阶段到第三阶段。第一行500微秒时，木塞刚刚弹出，气流只能沿着瓶塞与瓶口的缝隙横向膨胀；第二行917微秒时，木塞离瓶口一定距离，气流能直接喷射，但会与瓶塞碰撞形成弯曲的冲击波；第三行1167微秒时，瓶内外气压差降低，无法支撑气流以超音速逸出。从左至右，每列分别显示流速、气压和温度的空间分布。结合行与列变量，可以对应看出每一阶段的状态，及其对应不同变量的区间分布。（图片来源：原论文） 根据计算机模拟，软木塞弹出后的1毫秒中，超音速气流的变化可分为三个阶段描述： 软木塞弹出的第一阶段（600微秒内），瓶内的二氧化碳气流会以超音速逸出，这个过程与火箭发射的气流加速过程极为相似。火箭尾部的喷管是两边宽中间窄的漏斗形状，也叫做拉瓦尔喷管（Laval nozzle）。引燃后加热的高压气流在通过喷管逐渐收窄的前半部分时，会不断压缩、加速。而香槟瓶颈处收窄的形状也起到了类似的效果，让气流在瓶口处加速至超音速。 就像人群堵塞在狭窄路口时行进速度缓慢，而一旦走到开阔空间会分散加速一样，气流经过狭窄路径压缩后进入到开阔空间，也会急于膨胀加速。因此高压的气流在逸出瓶口、进入相对低压的外界环境时，会获得超音速；而火箭气流则是在喷管后半部分就能达到超音速。与火箭不同的是，香槟瓶口的瓶塞由于运动速度相比气流过慢，会阻碍气流直接喷射。这一阶段的超音速气流只能沿着瓶塞与瓶口的缝隙，横向膨胀逸出，形成冠状的冲击波，同时出现马赫环现象。 软木塞离开瓶口的第二阶段（600-1000微秒间），随着瓶内气体不断逸出，终于能像火箭气流一样径直喷射出去，随即会与稍远些的软木塞发生碰撞，从而形成弯曲的冲击波。 而到了第三阶段（超过1000微秒），酒瓶内的压力逐渐与大气压相平，无法维持瓶口处的压力差，气流失去了动力。因此喷射的气流将不断减速，直到低于音速，冲击波彻底消散。 源于生活的启发 这项有趣的研究将火箭发射与香槟开瓶关联到一起，不仅推动了＂香槟学＂研究进展，还能为一系列重要应用的研究提供参考，比如火箭发射和导弹发射的弹道学研究。这项研究也可以帮助开发水下航行器和风力涡轮机的工程师，让他们能更好地理解流体动力学（流动的物质在力作用下的运动规律）过程。 然而事实上，我们身边不只有香槟开瓶会产生超音速冲击波。不知你是否留意过生活中两种极具穿透力的声音：撕透明胶带时的＂撕拉！＂声，以及公园里甩鞭锻炼时的＂啪！啪！＂声。 如果大力地撕胶带，你会发现胶带总是被一截截地扯开，听上去是一段段的＂撕拉＂声。当你用力将胶带撕离附着表面时，胶带粘合剂会像弹簧一样拉伸，并储存弹性势能（所以无法连续地撕开）。在粘合剂＂弹簧＂承受不住更大的拉力断裂后，累积的弹性势能会立刻转化为胶带分裂边缘（附着胶带与分离胶带的分界线）的动能。 如果用高速摄像机拍摄这一过程，你会看到胶带分裂边缘会以每秒650到900米的速度运动，远超音速，甚至超过了战斗机的速度。这意味着附着胶带每一次积攒势能、而后剥离，都会释放微小的超音速冲击波。所以不难理解，在我们听来，一次次迷你音爆的叠加当然会很刺耳。 撕透明胶带时，总避免不了刺耳的＂撕拉＂声（图片来源：Pixabay） 而公园里响亮的＂啪！啪！＂甩鞭声，有人可能会误以为这是鞭子抽打在地上发出的声响，但其实这都是一个个在空中爆发的迷你超音速冲击波。人在用力甩动鞭子时，会将动能传递给鞭子。通常鞭子手柄部分更粗、质量也更大，当动能沿着柔软的鞭身传递到又细又轻的鞭梢时，为保证动量守恒，鞭梢速度会远大于手柄的速度，很容易超过声速，从而形成局部的超音速冲击波。 这个现象，也被称为鞭梢效应。它与香槟开瓶一样，源于生活，但也蕴含着复杂的物理机制。 现在，如果有人问：香槟，胶带和鞭子三者有何共通之处？ 你知道该怎样回答了吗？ 封面来源：Pixabay 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aav5528 https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/5.0089774 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.068005 参考链接： https://www.smithsonianmag.com/smart-news/what-really-happens-when-you-pop-champagne-according-to-science-180980218/ https://www.livescience.com/champagne-bottle-opening-creates-shockwaves.html https://www.decanter.com/wine-news/german-scientist-logs-champagne-cork-speed-75173/ https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFD9495&filename=LXYS505.026 本文来自微信公众号＂环球科学＂（id：huanqiukexue），如需转载请联系 newmedia@huanqiukexue.com 微信编辑 | 阿什么爽
教练组傲慢与自信的代价，澳门王曼昱和陈梦被爆冷的根源巴黎奥运女单热门人选陈梦和王曼昱接连被外协击败，引起了世界乒坛的轰动，这两个人可是世界上水平最高的运动员，最重要的是击败她两的是以前我们不削一顾的欧洲选手！生于忧患死于安乐，教练组绿地控股前三季度房地产业营收1123亿元新京报讯（记者张建）10月24日晚，绿地控股集团股份有限公司（简称绿地控股）发布公告称，前三季度，该公司累计实现营业收入3057。77亿元，同比下滑28。35，其中房地产业1123山东农村大席现场，200元10个菜2个汤，个个都是硬菜，便宜又实惠在农村生活过的小伙伴，一定对农村大席菜情有独钟，二十张桌子一溜排开，标准的八个凳子，但一般也能挤到十个人，从凉菜到热炒，都是现成制作，新鲜加工，厨房就设在旁边，菜还没上桌，就闻见了4人的午餐，5菜1汤，自家种的蔬菜，健康营养，家人一起其乐融融今天中午家中4个人，我做了5菜1汤，都是自家种的菜，健康又营养，家人在一起，其乐融融。下面分享4菜1汤的制作过程药芹拌蛋皮食材和配料药芹，鸡蛋，盐，白胡椒粉，食用油，芝麻油。烹饪过美出圈了！跟着小红书，打卡崇明深秋请大家注意个人防护，不扎堆不聚集，做到防疫三件套，防护五还要。深秋看美景崇明美图来袭别过夏花的绚烂，走进金秋的静美，此时的崇明，如同大自然打翻的调色盘一般，正呈现出色彩斑斓的醉人景长江边安营扎寨的武汉人市区内体验露营热，江边位置要靠抢10月23日迎来霜降节气，冷空气南下将更频繁，但当天武汉最高气温达到27。6。连日来武汉秋高气爽，气候舒适，市内多地成为网红露营地。九派新闻记者走访市区多处江滩发现，不少市民赶在降罕见鹰柱鹰河现身大连老铁山！上百只老鹰为何聚集在一起？大连老铁山国家级自然保护区，附近的人们观测到了罕见的鹰柱鹰河奇观。鹰柱，就是由多个老鹰在一个较小范围内空间盘旋。此次组成老铁山鹰柱奇观的是100多只普通鵟大鵟毛脚鵟苍鹰等大中型猛禽内蒙古包头市赛汗塔拉城中草原美景展示，人工湖多危险！禁泳野泳1。大家好，今天继续为大家讲解赛汗塔拉城中草原人工湖的故事。草里和水里都有蛇的出现，有毒蛇与菜花蛇，游玩的朋友们请走在路上，避免与蛇会面。2。这里水最深处有四米左右，水上有漂浮的污从来银杏不负秋！推荐成都10个赏银杏好去处，与绝美秋天撞个满怀从来银杏不负秋，又是一年叶黄时。成都的银杏终于开始黄了，一年中最美的季节终于到了，簌簌黄叶飘落，满地金黄银杏叶，诗意与温柔同在，惊艳了整个人间漫步在成都最美的银杏树下，与绝美秋天撞适时示弱真正智者的选择近几日都艳阳高照，真正意义上的秋高气爽。走在小区里，眼见得一树树黄叶，在阳光下随风摇曳，折射出金黄的绚丽，给这个仍处于疫情中的开阔季节增添了些许诗情画意。云天收夏色，木叶动秋声，深颐和园探秘敦煌房车，景区剧本杀火了撰文魏一宁编辑李原房车剧本杀游轮剧本杀梦华录剧本杀，景区剧本杀正处处开花。有年轻人打飞的体验打卡，有创业者争分夺秒抓取第一波红利，也有OTA平台在当下景区门票收入大幅减少时，帮助它