聲音的形狀
2022-06-17 21:05:00 來源:科普中國

  我們的生活中存在有各種各樣的聲音,鳥鳴清脆如玉,琴聲婉轉悠揚......聲音對我們而言再熟悉不過了。物理課中,我們都學過聲音是由物體振動產生的聲波,通過介質(空氣、固體或液體)傳播來被人或動物聽覺器官所感知。

  投擲一塊石頭到水中,水面會形成一圈一圈的水波,不斷向遠處傳播。聲音在空氣中的傳播與水波這一過程相似,物體的振動帶動周圍空氣振動,形成疏密相間的波動,向遠處傳播。聲音以波的形式傳播,因此即使人與發(fā)聲物體有一定距離,也是可以聽到聲音的,正所謂“未見其人先聞其聲”。

  水波可見,那聲波是不是也擁有一定形狀呢?答案是:是的。

  1787年,德國物理學家恩斯特·克拉德尼發(fā)表的篇文章就展示了一種能讓聲音可視化的巧妙方法。

  

  他準備了一塊薄金屬板,在上面撒上沙子,然后通過拉動小提琴弓摩擦金屬板的邊緣來演奏。這時他發(fā)現(xiàn),當他在金屬板邊緣拉動琴弓時,沙子會從振動最強烈的地方彈開,并落在完全不振動的地方,而且沙子還會隨著聲音變化匯聚成各種神奇的圖案,因此后人便以他名字將這類圖案命名為克拉尼圖。

  金屬板的某些部分沒有發(fā)生振動,這種現(xiàn)象看似很奇怪,但其實正和我們的聲波波形相契合。聲波弦上不動的那些點就是振動的節(jié)點,金屬板上也有類似的節(jié)點,而且它們會連接在一起形成節(jié)點線和節(jié)點曲線,克拉德尼的實驗中呈現(xiàn)出來的正是這些曲線。

  

  那我們在家里能不能做出克拉尼圖,答案是肯定的。

  我們需要準備一塊薄的金屬板、沙子以及揚聲器,將金屬板放在揚聲器上。通過調節(jié)揚聲器的聲音頻率,金屬板會被激發(fā)出不同的共振模式,每當換一個新的頻率,沙子就會重新排列成一種不同的圖樣。

  大家都學會了嗎,趕緊在家嘗試一下吧。

  本文由山東省威海市鳳林學校二級教師劉歡進行科學性把關。

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