彈奏音樂的高腳杯

一個科學實驗帶你瞭解聲音怎麼傳播的

在骨傳導耳機的實驗裡

我們知道了聲音是一種振動產生的波

振動真的能產生聲音麼？

小開心給爸爸提要求了

能不能做個振動產生聲音的實驗

這樣小開心才能相信這是真的

喜愛音樂的開心爸爸

用了家裡常見的物品

展示了振動產生聲音

一起來看一下吧

—會唱歌的高腳杯—

碗 1個

清水 1份

高腳杯 2個

第一步

將清水倒入高腳杯

第二步

手指沾上清水然後來回摩擦杯口

你會看到什麼？

聽見什麼？

第三步

如果杯中水量不同

我們摩擦的發出的聲音也會變的不同

第四步

如果不裝水的杯子呢？

是不是還能發出聲音呢？

手要沾水

摩擦的時候最好按住高腳杯防止杯子倒下

用沾了水的手摩擦杯子

杯子因摩擦產生振動

會發出聲音

如果在旁邊放另外一個杯子

摩擦杯子產生的聲音

透過振動傳遞到旁邊的水杯上

旁邊的水杯也會跟著振動讓牙籤掉落水中

這就是共振的力量

如果共振的頻率正好和玻璃杯破碎的頻率一樣

甚至可以振碎玻璃杯

在杯子里加上不同的水

發出的聲音是不一樣的

如果你對聲音很敏感

甚至可以用裝了不同水的杯子演奏音樂

事實上，迄今為止，關於聲音的傳播機制，還是不很清楚的。教科書上說了，聲音是靠介質傳播的，在真空中無法傳播，這是事實。

但是，此類說法隱含著“真空是虛無”，是不符合事實的。因為，就物理邏輯而言，既然真空是存在的，就一定是物質的，有質量有能量有密度，即：真空不可能是虛無的。

場量子的頻率有多高呢？普朗克衛星軌道附近的超真空環境之背景微波的場量子或光子引數：波長λ=7.35釐米，頻率高達“f=4×10⁹赫茲”，是聲頻的20萬倍。

有一點必須明確，聲音歸根結底是透過光子傳播的，因為聲源的動能只能經由光子來傳播。

聲音傳播機制：聲源震盪→推壓光子→光子推壓光子→光子推壓聲子→聲子推壓聽神經。

理由是：聲子之間隔著巨大的“真空帶”，而聲能又只能透過光子來傳遞，不可能出現隔空打牛的超距作用，下面以空氣介質為例說明。

估算空氣分子只間的間隙(真空帶)尺度

已知，標準狀態下的空氣密度ρ=1.29kg/m³，設空氣分子主要是氮氣(N₂)，

氮氣分子質量：m=28u=4.65×10⁻²⁶千克。

氮氣分子半徑：r≈0.1奈米V

氮氣分子體積：V=4.2r³=4.2×10⁻³⁰米³，

22.4升氮氣分子數：N=6.02×10²³。

1立米分子數：n=(1000/22.4)N=2.69×10²⁵。

氮分子實有體積：V₁=nVi=0.2分米³

真空場佔有體積：V₂=1-V₁=999.8分米³

真空場是氮氣分子的體積比：V₂/V₁=4999倍。

可見，空氣中的分子之間的真空場是非常廣闊的。聲能在空氣介質中的傳播，不可能是空氣分子之間的裸接觸，而是以光子為傳播子的。

現在我們來計算以下，電動機噪音激發空氣中真空場的電磁波與聲波的波長與頻率。

設電動機轉速ω=3000轉/分鐘=50轉/秒，轉子半徑r=0.1米。線速度v=2πrω=31.4米/秒。

場效應方程λ=2hc/m₀v²=ξ/v²，ξ=4.37×10⁵，計算電動機噪音激發的電磁波波長與頻率。

λ=ξ/v²=4.37×10⁵/31.4²=443米。

f=3.44×10⁶赫茲，是最高音訊的17.2倍。

波速取決於介質型別。空氣的音速，取決於空氣分子(聲子)的震盪速度，與聲源功率無關。空氣傳聲的音量與聲源功率有關。

由於場量子體積佔比，遠遠大於聲子的體積佔比，因此，震源可同時激發機械波與電磁波兩種波型：

機械波：聲源→光子→聲子→光子→聲子→

電磁波：聲源→光子→光子→光子→光子→

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