奇特的聲學(xué)小知識

奇特的聲學(xué)小知識方正三中鄭曉東一為什么先看到閃電后聽到雷聲在夏季，我們經(jīng)常會遇到雷雨交加的日子，大家是否留心過總是先看到閃電，后聽到雷聲，大家也許會認(rèn)為先閃電后打雷；或許還認(rèn)為打雷的地方離我們遠(yuǎn)，而閃電的地方離我們近。其實并非如此，下面我們先來看看雷電是如何產(chǎn)生的。電閃雷鳴是自然界中的一種現(xiàn)象?？罩械脑?，由于太陽光的照射以及摩擦、感應(yīng)而帶電，當(dāng)帶有兩種不同電荷的云接近時，將會發(fā)生放電現(xiàn)象，還會發(fā)出閃光和爆炸聲，這就是空中的雷電?？梢婋婇W雷鳴是同時同處發(fā)生的，雷電發(fā)出的閃光，在空中傳播的速度是三億米/秒，雷電發(fā)生的爆炸聲，在空中傳播的速度只有340米/秒，在空氣中光速約是聲速的882353倍，光比聲音的傳播快得多。根據(jù)S/V可知，雖然閃電和雷鳴同時同處發(fā)生，但我們總是先看見閃電后聽到雷鳴。二口哨聲是如何吹出來的在閑暇時，很多人都喜歡通過吹口哨來消遣。那么，豐富多彩的口哨聲是如何吹出來的呢？從口腔中吹出來的空氣，當(dāng)氣流沖出口腔時，從嘴唇的邊緣散發(fā)出渦漩。于是在嘴唇的反作用力的推動下，就產(chǎn)生了我們聽見的聲音。有些聲音回到氣流的發(fā)源處，引起氣流的不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定性產(chǎn)生更多的順著氣流的渦漩。當(dāng)渦漩到達(dá)唇邊的時候，將產(chǎn)生出更多的聲音。整個過程又將周而復(fù)始。在口腔中，回到氣流發(fā)源處的聲音改變了氣流的速度，從而導(dǎo)致了許多渦漩的形成。當(dāng)這些環(huán)沖擊我們特意改變的口形時，便產(chǎn)生了豐富多采的聲音。三天壇建筑聲學(xué)現(xiàn)象的新解釋和新發(fā)現(xiàn)北京天壇建于16世紀(jì)，它以宏偉莊嚴(yán)的建筑風(fēng)格著稱于世，更以其奇特的聲學(xué)現(xiàn)象享譽世界。關(guān)于這些聲學(xué)現(xiàn)象的科學(xué)說明最早見于1953年2期《科學(xué)通報》上的湯定無先生文章中，40多年來，我國教科書和科學(xué)普及雜志上都以此為根據(jù)去說明天壇“回音壁”、“三音石”等的聲學(xué)現(xiàn)象。最近，黑龍江大學(xué)的俞文光教授、哈爾濱理工大學(xué)的賈隴生教授及國家地震局工程，力學(xué)所的付正心等6位科學(xué)工作者、用現(xiàn)代實驗儀器和測試手段到現(xiàn)場進(jìn)行多次的實驗和考查，對我國這些古老建筑的聲學(xué)現(xiàn)象的研究有了很多新的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行了新的說明和解釋。這里介紹他們對天壇“回音壁”、“三音石”回聲的研究和提出的最新解釋。1三音石多年來很多教材上寫到“三音石是回音里內(nèi)圓心，是甬道上從皇穹宇的臺階向南數(shù)的第三塊石頭，站在這塊石頭上擊一下掌，可以聽到三次甚至更多次擊掌回音聲；這是由于擊掌聲被圓形圍墻多次反射回來的回聲而產(chǎn)生的．這也就是湯定元先生對三音石的解釋．按此解釋不難得出三聲回聲的時間和聲強(qiáng)的特點。三音石到回音壁的距離是32．5米、聲音發(fā)出到回音壁墻壁面反射周的回聲，每次走過的都是65米，因此，回聲的時間特點應(yīng)是三聲回聲時間間隔相等的；回聲的聲強(qiáng)特點，應(yīng)遵守球面波的衰減規(guī)律，三聲回聲應(yīng)一聲比一聲弱．但是近年來俞文光教授和他的同事們用儀器測得的結(jié)果卻不是這樣的．圖中1、2、3、4都是回聲時間和強(qiáng)度的記錄。表1三音石擊掌回波數(shù)據(jù)回波標(biāo)號時間（m）聲波走過的路程反向物與聲源的距離（m）反向物及與O點實際距離（m）1東西配殿2回音壁墻一次反射3回音壁墻二次反射4回音壁墻三次反射從這個儀器記錄看出：三聲回聲時間間隔是不等的，而回聲強(qiáng)度也不是從開始就遞減的，而是強(qiáng)、更強(qiáng)、弱。這是為什么呢根據(jù)俞文光教授的解釋是：認(rèn)定第一個回波是由皇穹宇的東西兩個配殿的墻和墻基反射回來聲音形成的，第二個回波．是由回音壁墻面第一次反射聲音匯聚而成的，由于聲音的會聚這個回聲強(qiáng)度最強(qiáng)；由記錄數(shù)據(jù)知道：它是擊掌后191毫秒記錄到的回波，此波走的路程應(yīng)是64．5米，反射物離發(fā)聲中心距離應(yīng)為米，而回音壁的半徑為32．50米，所以認(rèn)定回聲由回音壁墻面第一次反射聲音，反射面很大，反射強(qiáng)度就最強(qiáng)。標(biāo)號為3的回波是由回音壁墻面第二次反射的聲音匯聚而成的；學(xué)生們看看數(shù)據(jù)表就會得到這個結(jié)論．標(biāo)號為4的回波是由回音壁墻面第三次反射聲音匯聚而成。只是因為聲強(qiáng)太小，人耳無法聽到而已。2二音石和一音石俞文光教授他們不但對三音石的成因做了科學(xué)的測試和令人信服的科學(xué)解釋，還科學(xué)地解釋了“一音石”和“二音石”兩個新聲學(xué)現(xiàn)象，所謂“二音石”是“三音石”北面的那塊石板，在其上擊掌會有兩聲回音，擊掌后100毫秒聽到的回聲，根據(jù)計算聲波所走路程約34米，這個回聲顯然是由東西配殿壁墻面反射回來產(chǎn)生的；是擊掌后380毫秒所聽到的回聲，其路程約為130米，它約為回音壁圓墻半徑米的4倍，據(jù)科學(xué)工作者分析，聲音走的是O2CDO2的三角形，即從O2點出發(fā)經(jīng)C處墻面反射到對面的墻面D處反射回到O2處，恰好走了約等于4倍半徑路程，這就是二音石的回聲機(jī)理。有意思的是在二音石北面的一塊石板也能聽到回聲，不過只能聽到一個回音，俞文光教授叫它“一音石”，在一音石上擊掌后經(jīng)過380毫秒后的回波，其行程約為130米，它也約為回音壁半徑的4倍，看來走的也是一