水瓶琴蘊含的物理知識
2022-06-17 21:05:00 來源:科普中國

  我們是否關(guān)注過這樣的游戲:將大小不一的玻璃瓶子依次排開,在給不同的瓶子里加入不同體積的水,然后拿筷子或木棍敲擊,可以發(fā)出不同的聲響。為此,研究人員提出了“水瓶琴”的概念。

  在深入了解水瓶琴之前,我們先來做一個有趣的小實驗吧。

  首先,在八個玻璃瓶子里裝上高低不同的水,并按照水位高低的順序依次排列;

  其次,對瓶子里的水位進行調(diào)節(jié),敲擊,直至發(fā)出“1,2,3,4,5,6,7,i”的音樂節(jié)奏;

  最后,按照樂譜譜出簡單動聽的曲子。這一實驗對象就稱為“水瓶琴”:在一套材質(zhì)大小相同的玻璃瓶子或者玻璃杯內(nèi)加入深淺不同的水,根據(jù)水量的多少依次排開,使它們組成一個完整的音階,在對瓶子進行敲擊的同時會產(chǎn)生悅耳動聽的聲響,故也稱作“水杯編鐘”。

  

  水瓶琴為什么能發(fā)出不同的聲音呢?

  首先,在上面的實驗中我們會發(fā)現(xiàn),當(dāng)敲擊的瓶內(nèi)水多、空氣少時,聲音低沉;相反水少、空氣多時,聲音就變得高昂,也就是說,水瓶琴的音調(diào)會隨著瓶內(nèi)的水與空氣的變化而變化。

  然后,我們來復(fù)習(xí)一個物理小知識:振動的頻率越高,音調(diào)就高,振動的越低,音調(diào)就低。

  所以,水瓶琴能發(fā)出不同的聲音,是因為水瓶琴內(nèi)裝有數(shù)量不同的水,這樣便形成了不同的水柱。當(dāng)使用筷子敲擊瓶子時,引起瓶子的振動,但因為瓶身內(nèi)水柱的長短有差異,振動的頻率不同,因此音調(diào)便也有所不同。

  事實上,不論是何種樂器亦或是不同的演奏方式,所有樂器的發(fā)聲原理都是一樣的:通過振動發(fā)出聲音。

  

  比如,編鐘也是因為振動而發(fā)聲。鐘體小,音調(diào)就高,音量也??;鐘體大,音調(diào)就低,音量也大,而且,編鐘的音色也非常豐富,像曾侯乙編鐘音域就能夠跨越5個八度,只比現(xiàn)代鋼琴少一個八度,中心音域12個半音齊全。在傳統(tǒng)的編鐘演奏時,一般會需要4-5個人同時演奏才會產(chǎn)生美妙的音樂。

  本文由山東省威海市鳳林學(xué)校二級教師劉歡進行科學(xué)性把關(guān)。

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