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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