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参与翻译: 蔓越梅 (5)

介绍

感恩节是一年中一个与朋友和家人团聚在一起的美好的时间。桌上摆满了美味的大餐,甚至在餐桌上会有一些奢华的菜式和玻璃器皿让庆祝变得更特别。但你知道你可以让酒杯唱歌吗?也许你已经做了很多次了,但你有没有想过为什么酒杯会发出这样的声音?做这个实验,你不仅会让酒杯唱歌,你也将学习如何用酒杯产生不同的音调,你甚至可能会得到灵感,演奏一段音乐。

第 1 段(可获 1.35 积分)

背景

自中世纪以来,玻璃杯已被用于制作音乐了。大约在1750年,第一部由直立的酒杯制成的乐器被称为玻璃竖琴。大约10年后,美国发明之父之一本杰明·富兰克林发明了机械版玻璃琴,称为玻璃琴。这两种乐器都是基于摩擦能产生音乐音调这一原理原理的基础上制造的。那是什么意思?

当你把你的湿润的手指沿着玻璃的边缘摩擦,你的手指会因为遇到阻力或摩擦粘到玻璃,当它移动到玻璃表面时。你的手指上的水却会让你的手指顺利滑动,因为它形成一个减少摩擦的缓冲剂。当压力和湿度是在刚好的情况下,这个所谓的粘滑运动(你的手指和玻璃边缘之间的轻微摩擦)将导致玻璃两侧的振动。玻璃的两侧将振动传递给周围的空气,产生一个特定频率的声波。频率指定了振动发生的频率,通常是每秒或赫兹(赫兹)发出。有一个特定的频率,称为谐振频率,在玻璃的两侧将最容易振动。葡萄酒杯的谐振频率通常在人类的听觉范围(20-20000 Hz),这就是为什么你能以音调的方式听到他的频率。现在让我们制造一些音乐,你可以弹奏你自己的玻璃酒杯乐器。

第 2 段(可获 3.39 积分)

材料

  • 葡萄酒杯和得到能小心使用他们的批准(可选用:不同的大小和形状)
  • 分度液体测量杯
  • 金属勺子
  • 乒乓球(可有可无)
  • 半音阶调谐器(可选,手机免费应用中有)
  • 用于比较单音节的钢琴或键盘(可选)

准备工作

  • 找到一个可以忍受一些水溅出的工作区域
  • 认真准备你的酒杯(们)和你的测量杯,以及一些水。
  • 用肥皂洗你的手,并彻底冲干净。

步骤

  • 拿一个空的酒杯,把它放在你面前的桌子上。
  • 用你的非惯用手按住玻璃底座。
  • 在玻璃的边缘擦上你的手指,轻轻按下。观察它看起来如何。你的手指是否粘在玻璃上,还是沿边缘平滑地滑动?你听到声音了吗?
  • 用水弄湿你的手的食指。
  • 再次在玻璃边缘擦上你的手指,轻轻按下。这次的感觉和用干燥的手指的感觉有什么区别吗?这个时候你感觉阻力有多大?玻璃开始唱歌了吗?提示:如果你没有听到声音,尝试改变速度,并或多或少地对边缘施加压力。
  • 当你听到玻璃唱歌时,让你的手指停止沿边缘摩擦,并把它从玻璃上拿走。玻璃继续唱歌还是停下来?
  • 现在让玻璃再次唱,并停止你的手指沿边缘摩擦,但这一次让你的手继续放在玻璃的边缘。这个时候声音会怎么样?
  • 拿一个金属勺子,非常轻地敲一边的玻璃。这会产生一个和你用手指使玻璃杯子唱歌不同的声音或单音节吗?
  • 如果您使用的是半音阶调协器,使用它来确定你手指摩擦杯子时发出的音调和用金属勺子打它时发出的音调。你也可以将音调的频率与钢琴或键盘上的音符进行比较。玻璃杯产生了一个什么音调呢?你能唱出同一个音调吗?
  • 现在往玻璃装三分之一的水,并重复该过程。现在玻璃杯产生的是什么音调?一个更高的还是较低的音调?
  • 在你产生声音的时候仔细观察玻璃杯的水表面。你看见水面保持平静还是有一些扰动?
  • 你可以再次使用半音阶调谐器的说明准确地知道用手摩擦玻璃杯的音调和用金属勺敲的音调。你也可以将音符的频率与钢琴或键盘上的音符进行比较。这一次的玻璃杯产生了什么?它与前一个不同吗?有什么不同?
  • 向玻璃中加入更多的水,往杯子里装到三分之二的水。用你的湿手指再次擦玻璃边缘。音调是如何随着水位的变化而变化的?声音变得越来越高或更低了吗?
  • 最后一次拿金属勺,轻轻地敲一边的杯子。会产生什么音调?
  • 比较三个你用不同水位(空的,三分之一满三分之二)制造出来的音调。你能找到在玻璃的水位和所产生的音调之间的关系吗?
  • 如果您使用的半音阶调谐器,请再次使用它来确定玻璃杯当用你的手指擦它或用金属勺子打它时发出的音调。你也可以将音符的频率与钢琴或键盘上的音调进行比较。
  • 额外的:用不同大小和/或形状的酒杯做这个实验。玻璃的大小和形状怎样改变它的声音?你能对玻璃杯的尺寸/形状及其共振频率之间的关系得出什么结论呢?
  • 额外的:把一个玻璃杯接近另一个玻璃杯,让它发出声音。用手拿着它让声音停止。第二个玻璃还会有声音吗?
  • 额外:拿一个空的酒杯,并把一个轻的东西放进去,如乒乓球。用你的湿手指在玻璃杯边缘摩擦,当玻璃杯开始发出声音,把玻璃杯倾斜在一边。小心不要把乒乓球落在地板上。继续摩擦玻璃,使它发出声音,并观察乒乓球。球有什么动静?它仍然静止在玻璃杯壁上,还是在玻璃杯里移动?
第 3 段(可获 10.08 积分)

观察和结论

你能用你的干手指让酒杯发出声音吗?可能不行,因为在你的手指和玻璃边缘之间有太多的摩擦。要创建一个粘滑运动,手指必须有一点湿。但一旦条件是正确的,玻璃杯应该产生一个清晰和美丽的声音。用你的手指在玻璃杯边缘摩擦,使玻璃杯的杯壁振动,你甚至可能感觉到你手指上的振动。当你把你的手指从玻璃杯上拿开,玻璃杯壁继续震动,因此,仍然产生一个音调。然而,如果你停止摩擦边缘,留下你的手指触摸玻璃,你的手指会让振动和声音停止。在一个装满水的酒杯里,你实际上应该能够看到振动以一个小波浪模式的形式产生,特别是在玻璃杯壁周围。如果你用乒乓球做了额外的实验,你也能使振动可见。每一次乒乓球与玻璃杯边缘接触时,它应该在玻璃内的舞蹈,因为它得到周围杯壁振动的推动。

第 4 段(可获 2.64 积分)

每一次你用金属勺子敲玻璃时,你应该听到和你用你的手指摩擦玻璃杯一样的音调。使用金属勺子只是另一种方法来获得玻璃杯壁震动产生玻璃杯的声波,因此音调保持不变。如果你把两个玻璃杯放在一起,一个玻璃杯的振动也可以使另一个玻璃杯振动。然而,当加入不同量的水到玻璃,你应该注意到,水位的改变能导致声音的音调的 改变;你添加到玻璃杯的水越多,你听到的声音的音调越低。这是由于在玻璃杯内的水让玻璃杯变得更重,因此,玻璃杯壁要振动就更难。这意味着,由振动产生的声波频率变低或者振动速率变慢。因为一个音符的频率与音调有关,所以当你添加更多的水时,玻璃杯产生的音调会下降。如果你可以使用一个以上的玻璃杯,你可以尝试改变水的量或玻璃杯形状和大小,不一样的水量和玻璃杯将有产生不同的共振频率,并会产生不同的音调。尝试寻找不同的玻璃杯和水位来弹一首音乐。你能用你的玻璃杯竖琴演奏一首简单的歌吗?

第 5 段(可获 3.1 积分)

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