@ 2014.04.23 , 22:07

WHAT IF: 飞车·雨滴·挡风玻璃

车速多快,才能让雨滴击碎挡风玻璃。

—— Daniel Butler

咻~

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慢!您是【上期节目里】那位拿着雷达枪的阿Sir么? 别开枪,我认罚。

雨点,多嫩小的东西。就算是最瓢泼的大雨,空气中全部的雨点加起来也要比所有的空气轻(这就是你没法在大雨里游上天的多个理由之一)。就算你把油门踩进地板,单雨滴的力道也伤不到挡风玻璃一丝一毫。

所以,正常条件下,雨点是决计不会想到要去害了挡风玻璃,但是,它们的确可以威胁到超音速飞行器。

我们来看一下雨滴撞在高速运动的玻璃上的过程:

当水滴与玻璃表面接触时,一股股震荡波回馈传递回水滴自身。

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正常情况下,震荡波以声音在水中的传播速度——大概是每秒1300米的速度传播,比空气中快4倍。然而,由于高速撞击,这时候震荡波的传播速度是高于声音在水中的理论速度的。

水滴因自身运动,和玻璃表面的阻挡而被挤压,使其沿着挤压边缘四处碎溅。这些激荡的溅出速度比已经达到超音速的水滴初始速度还快,快过此时震荡波的传递速度。

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这里有一篇论文,里面做了一个实验,让水滴以500米每秒的速度(1.5马赫)击打表面,测得水滴碎溅速度高达6000米每秒——19个马赫。(注1:这还真是个把物质加速到6公里每秒的好办法。我好奇是不是有人曾经试过用这个办法来造一个太空飞船的推进器。)

来自震荡波急剧的冲击力可以击碎玻璃。力道最大的地方位于雨滴接触面边缘,但是只存在很短的时间。

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出乎意料,有好多实验研究了这个问题,可能我们需要大量研究高速飞行中遇到的各种天气的情况。

由于垂直作用于受击表面的压力,碎溅的水滴一样会对玻璃造成伤害,如果玻璃表面有细小的气泡和裂纹,这些碎溅的水滴就会扩大这些伤痕。

虽然在高速撞击中,水滴不至于制造出弹孔那样的损伤,但是高密度的超音速雨滴攻击下,玻璃表面会被一点点侵蚀,碎裂成细小的玻璃渣。(这种伤害也能在汽轮机的叶片上找到),就这样,挡风玻璃最后就这样玩蛋了。

好在,你没法在地面把汽车开到【1马赫以上】,所以常规大雨也没法伤到你的挡风玻璃。不过,如果你是在强对流的雷暴天里开车……

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挡风玻璃的裂纹会很漂亮,但还有更妙的。比起开车找暴风雨,我宁愿把车停好,然后盯着仪表板上的指示灯发呆,那些怪东西比玻璃碎纹更光怪陆离,谜の美。

…… 坚硬的「降水」会把你的挡风玻璃当成纸。

题图来自于伟大的赞助商Shutterstock.com">Shutterstock.com
本文译自 xkcd,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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