基于WM环境的鞭鞘爆鸣原理探秘
近期,在公园里经常看到有舞鞭人在舞鞭,锻炼身体。只见那舞鞭人双腿自然分开,微曲,与肩齐平,双脚内侧 ,紧抓于地,凝神静气,左手握着杆的一端,右手握杆身,然后挥动粗壮有力的胳膊,以左脚为重心,右脚为支撑点,拧腰提胯,抡圆了长鞭,迅速地向左击去,待到鞭身舒展开来,随即重心下移,以左脚为支撑点,重心在右脚,加速爆发,右手猛回抽,爆发出响亮清脆的声音。
那么,是什么原因让鞭子发出爆鸣声呢?
一、基于WM环境的探究
在WM环境中按照水平等间距设置一系列质点,质点的质量从左到右逐渐减小,质点之间用轻杆相连,用于模拟鞭身;再设置三个质量较大的质点,也用轻杆连接起来,用于模拟鞭柄。
赋予鞭身内各质点的速度均为-10m/s,赋予鞭柄内各质点的速度均为20m/s,用于模拟鞭子向左运动突然向右迂回。
二、数据输出
输出鞭鞘末端最后一个质点的速度图像,观察鞭鞘末端的速度变化规律。
三、结论
当鞭柄反向迂回运动时,鞭鞘的速度不断增加,最后超过340m/s,突破音障,引发冲击波,发出爆鸣声。
四、拓展探究
通过调节鞭身的初始速度、鞭柄的迂回速度和鞭身的质量分布,可以在速度图像中看到鞭鞘突破音障的时长,即爆鸣声持续的时间。
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