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用热水瓶做两个声实验

虽说现在很多家庭有了饮水机,但热水瓶的使用还是很普遍的,现在我们用热水瓶做两个与声有关的有趣的实验。

把耳朵贴在空热水瓶的瓶口上,你就会听到嗡嗡的声音。以前许多老人到市场去买热水瓶的时候,常常这样做,据说这样可以鉴别热水瓶保温性能的好坏(这当然是不正确的)。实际上,这是一种共鸣现象。

在我们的周围总是有各种各样的声音,由于这些声音比较微弱,我们常常察觉不到。如果某些声音和热水瓶发生共鸣,声音就被放大了。这种声音和热水瓶的质量是没有什么关系的。把茶杯、饭碗、玻璃杯等器皿的口贴在耳朵上都会听到声音,但是声音的高低不同。你可以用两只耳朵对不同的器皿进行仔细的比较,就会发现器皿小,发出的声音音调就略高一点。这里面有一个规律,就是器皿里的空气柱越长,发出的音调越低。换句话说,音调低的声音和长空气柱发生共鸣,不同的音调对应着不同长度的空气柱。

古代我国曾经用空气柱的长度来校准各地方的尺子,以防止贪官污吏大尺收税小尺上缴。官府做了一个 9寸长,一定粗细的管子,叫黄钟律管,作为尺长的标准。各地如法翻造。检查地方官吏是否伪造尺子的时候,只要将标准律管吹响,看看另一个律管是否共鸣就可以。这种检查十分严格,因为律管差一点就不会产生共鸣。

另一个实验是你天天都做过的,就是向热水瓶中灌开水。一般说来,任何人都能凭灌水所发出的声音来判断水是不是灌满了。

想一想,为什么灌的时候,声音的高低发生变化呢?灌热水瓶的时候,水搅动了瓶内的空气,使空气振动发出声音,和吹瓶子一样,空气柱越长发出的声音越低。随着水面的升高,瓶内空气柱不断地减少,音调也就跟着升高,当你听到声调升高到一定程度的时候,就知道热水瓶已经灌满了。

实际上,灌开水的时候,不仅声音的音调发生了改变,声音的响度也变了,刚开始时响度大,快满时,响度小。有人说,这是因为刚开始时从瓶口倒下的开水离水面较高,使水的振幅大,激起瓶内空气的振幅大,所以响度大。这只是其中一个方面,但不是最主要的。主要原因是,刚开始时,瓶内的水少,瓶内的空气就多,这些空气起共鸣的作用,也就是声音被放大了。随着瓶内的水越来越多,瓶内的空气就越来越少,声音被放大的程度越来越小了。吉他、二胡等乐器都有一个用木材做成的箱子,叫共鸣箱,它们共鸣箱的大小是不一样的。