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春节到了,我最喜欢放鞭炮,因为什么 放鞭炮意味着什么( 二 )


我们可以设想做这样一个简单的实验：在一个很长的直管里装置一个活塞，使活塞前后运动，在管内静止的气体里就能发生波动 。
激波的传播当活塞急速往后退使它附近气体膨胀时，所发出向前传播的波便是一个膨胀波，因为显然波头的压强高而波尾的压强低 。
如果活塞向前急速地推进，使附近气体压缩，则在气体里产生一个向前传播的压缩波 。
根据前面的理论，这个连续的压缩波会很快地演变成为一个不连续的波，即激波 。
当激波形成以后，它就向前传播 。如果活塞的速度不变，激波的传播速度也就不变，对于随着激波一起运动的坐标来说，这个运动便是一个定常运动，由于传播方向与波面垂直，这个激波也叫做正激波 。
压强和温度在激波前后的情形
一般情况下，正激波运动所牵涉到的参数有激波前后气体的压强、密度和温度以及激波和活塞的速度 。

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文章插图
实际问题中，波前气体的状态是事先就可以肯定的，而与活塞运动相应的速度或激波传播的速度，则一般不能预知，这就需要人们给定或测量 。
在定常的情况下，激波面上各处的流量（单位时间内流过单位面积的质量）、动量（单位面积上的压强和由于流量所产生的作用）和能量（单位质量的动能和焓）在通过激波时是不变的（当然还须假没气体通过激波后并不发生化学变化） 。
这三个条件中的前两个通常叫“力学条件”，激波满足这两个条件是毫无疑问的 。只有在能量守恒这个简题上，就不是那么明显 。
因为从理论上讲，气体是没有粘性的，如果没有粘性，能量守恒就意味着热力学里的熵也不变，这也就是说，不连续运动是不可能发生的 。
因此，通过激波的变化就必须是艳热、不可逆的 。这就引进一个重要的辅助条件：通过激波时熵是向正的方向跃变的 。
这些关系在气体动力学里就叫做激波条件，它们可以适用于激波，也同样适用于比较复杂的柱面波和球面波 。
根据这三个条件，我们可以把波后和波前的压强、温度、密度比表作波前的压强、密度、气体的特性和激波速度的函数 。
在这些关系中所出现的最要紧的一个参数便是激波速度和波前的声速的比值，从熵增加这一条件我们可以断定，这个比值，称为马赫数，永远大于1 。
这就是说，激波的速度永远大于声速 。由于激波的压缩而产生的压强、温度、密度增加的倍数是和马赫数的平方成正比的 。
当激波趋近于声波（弱激波）时，马赫数便趋近于1，波前后的状态也便趋近均等 。相反地，随激波的强度的增加，波后的压强和温度便很迅速地土升 。
另一方面，密度虽然也有增加，但是增加很慢，在激波极端强烈时，密度比便趋近一个恒量 。
对于空气来说，这个恒量几乎等于6，这也就是说，利用激波米压缩空气，密度最大不能超过6倍 。
压强和温度在激波前后的情形在激波不强时，为了使空气（譬如说）的热运动状态能从波前的平衡状态过渡到波后的平衡状态，所需要的分子碰击次数不到10 。
这就是说，从激波一边到另一边的厚度，不到10个分子碰撞自由程 。在一般的情况下，即马赫数为1或2，这个厚度的确是很小的，大约是10-4厘米左右 。前面所说的不可逆过程就是在这极狭小的区域里发生的 。
因此，理论上的不连续的假投，实际上是一个很准确的近似 。
但是在激波很强的时候，由于激波后面的温度高，分子的剧烈碰击可能发生分离甚至电离现象 。
分子如果破裂，气体的分子数目就要增加，结果气体的热容量就要增加，温度就要降低 。
在这样情况下，通过激波的气体仍旧保持单纯的理想气体的假设已不能适用 。
我们必须进一步考虑气体分离或电离的影响以及这些物理现象发生的过程，这些研究对于今后新技术的发展将是很重要的 。
激波是一个很普通的现象：它发生在高速气流里，强烈的燃烧里（即爆震波），也出现在星的爆炸和太阳表面气体的冲射 。
在技术方面，为了提高航空和火药爆炸的新技术，研究激波对于气流和激波对于导致火药爆炸的影响和作用都是很重要的 。近年来天文物理学家还引用激波的特点来理解星际间的现象 。


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