奇特的聲學(xué)小知識(shí)

奇特的聲學(xué)小知識(shí)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(huì)遇到雷雨交加的日子，大家是否留心過(guò)總是先看到閃電，后聽到雷聲，大家也許會(huì)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(shí)并非如此，下面我們先來(lái)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(yáng)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(shí)，將會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，還會(huì)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(shí)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(shí)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(lái)的在閑暇時(shí)，很多人都喜歡通過(guò)吹口哨來(lái)消遣。那么，豐富多彩的口哨聲是如何吹出來(lái)的呢？從口腔中吹出來(lái)的空氣，當(dāng)氣流沖出口腔時(shí)，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(dòng)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(shí)候，將產(chǎn)生出更多的聲音。整個(gè)過(guò)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(shí)，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(yù)世界。關(guān)于這些聲學(xué)現(xiàn)象的科學(xué)說(shuō)明最早見于1953年2期《科學(xué)通報(bào)》上的湯定無(wú)先生文章中，40多年來(lái)，我國(guó)教科書和科學(xué)普及雜志上都以此為根據(jù)去說(shuō)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(guó)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(shí)驗(yàn)儀器和測(cè)試手段到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)和考查，對(duì)我國(guó)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(shuō)明和解釋。這里介紹他們對(duì)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(lái)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(tái)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(lái)的回聲而產(chǎn)生的．這也就是湯定元先生對(duì)三音石的解釋．按此解釋不難得出三聲回聲的時(shí)間和聲強(qiáng)的特點(diǎn)。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(guò)的都是65米，因此，回聲的時(shí)間特點(diǎn)應(yīng)是三聲回聲時(shí)間間隔相等的；回聲的聲強(qiáng)特點(diǎn)，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(lái)俞文光教授和他的同事們用儀器測(cè)得的結(jié)果卻不是這樣的．圖中1、2、3、4都是回聲時(shí)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(hào)時(shí)間（m）聲波走過(guò)的路程反向物與聲源的距離（m）反向物及與O點(diǎn)實(shí)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(gè)儀器記錄看出：三聲回聲時(shí)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(gè)回波是由皇穹宇的東西兩個(gè)配殿的墻和墻基反射回來(lái)聲音形成的，第二個(gè)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(huì)聚這個(gè)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(hào)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(huì)得到這個(gè)結(jié)論．標(biāo)號(hào)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?yàn)槁晱?qiáng)太小，人耳無(wú)法聽到而已。2二音石和一音石俞文光教授他們不但對(duì)三音石的成因做了科學(xué)的測(cè)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(gè)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(huì)有兩聲回音，擊掌后100毫秒聽到的回聲，根據(jù)計(jì)算聲波所走路程約34米，這個(gè)回聲顯然是由東西配殿壁墻面反射回來(lái)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(diǎn)出發(fā)經(jīng)C處墻面反射到對(duì)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(guò)只能聽到一個(gè)回音，俞文光教授叫它“一音石”，在一音石上擊掌后經(jīng)過(guò)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(lái)走的也是一