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引言

你曾经试着用一条长绳子和两个易拉罐,做过“对讲机”吗?如果你做过,你就会知道效果出乎意料的好——在较远的距离下,通过易拉罐和绳子能听到的声音,比依靠空气传递的声音要更清晰。

在这次活动中,我们将使用相同的概念来搭建一个个人电话,只有你能听到它的声音!

背景

如果你曾经靠近一个带低音炮的扬声器(或者听过开着收音机的汽车驶过身旁),你可能体验到了强声在你体内造成的“嗡嗡声”。这不是你的想象;我们听到的声音,实际上是通过空气(或者其他材料)传输的振动。我们在这个活动中会观察到这种现象。

 

第 1 段(可获 1.71 积分)

我们听到的大多数声音都是通过空气传播的。当朋友喊你的名字时,你朋友的声带会引起空气中的振动,作为声波在空气中传播,最后到达你的耳朵。然而,声波还可以通过其他材料传播,并且事实上,许多材料传递声音的效果比空气要好很多!你可以这样亲自体验一下,用金属的叉子或者勺子轻轻敲击工作台,注意聆听声音。接下来,把你的耳朵贴着工作台面,再次用叉子或者勺子轻敲工作台。这次听到的声音应该会响很多,因为工作台在传递敲击出来的声波振动方面比空气要好!

第 2 段(可获 1.55 积分)

物质传递声音的本领差异是由其材料密度决定的,或者说是由其内部分子(组成材料的分子)排列得是否紧密来决定的。想象有一个列多米诺骨牌。如果骨牌之间隔得比较开,其中一两个倒下去,但是其他的还会保持站立。如果骨牌之间靠的很近,一张倒下的多米诺骨牌会撞倒下一个,这会接着撞倒再下一个,最后所有的骨牌都会像波浪一样倒下去。这跟声波传播的方式是类似的;如果分子彼此靠的很近,它们会更频繁地碰撞到一起,传递振动时会效率会更高。像金属桌子、甚至绳子之类的固体,它们的分子排列得比空气中分子排列得要紧密得多。

第 3 段(可获 1.84 积分)

材料

绳子
一个未上漆的金属衣架
剪刀
金属叉子或勺子
一位成年助手

准备工作

  • 在成年助手的帮助下, 剪下两段绳子,每个大约两英尺长。
  • 把每段绳子的一端绑在金属衣架底部的不同拐角处。当你用绳子提起衣架时,挂钩部分应该要指向地面。

过程

  • 用一只手握住挂钩,用另一只手拿着金属叉子或者勺子敲击衣架。 注意它所发出的声音。声音持续多长时间?声音是“尖锐的”还是“低沉的”?你还会用什么词来形容这个声音?
  • 将衣架的一角(就是绑住某条绳子的地方)贴近耳朵前方的那一小处位置,把耳道堵起来。(不能太用力!)
  • 用另外一只没有拿着衣架的手(或者请大人来帮助你),再次用金属叉子或者勺子轻轻敲击衣架。注意它所发出的声音。跟你在第一步骤中,用手拿着挂钩时相比,衣架抵住耳朵时听到的声音有所不同吗?声音持续多长时间?你用什么词来形容这个声音?
  • 在大人的帮助下,拿起绑在衣架上的某条绳子的一端,把在你的一个食指上绕几圈。将另外一根绳子,在另一个食指上也绕上几圈。
  • 用两条绳子把衣架吊起并离开你的身体,请你的大人助手用金属叉子或勺子轻轻敲击衣架。 注意它所发出的声音。声音跟前几次的不同吗?声音持续多长时间?你怎么形容这个声音?
  • 小心地将食指(和衣架绑在一起的)按压在耳朵前方的一小处皮肤上,轻轻地把耳道堵起来,注意不要把指头塞进耳朵里去。这时,衣架要能在身前的手指下方自由摆动,挂钩部分指向地面。不能让衣架或者绳子接触到任何东西(除了跟你的手指绑在一起的绳子)。
  • 请你的助手再次用金属叉子或勺子轻轻敲击衣架。(只敲一次就好。)注意它所发出的声音。 跟前两次步骤中用手拿着衣架相比,衣架悬浮在空中时听到的声音有所不同吗?声音持续多长时间?你怎么形容这个声音? 
  • 轻轻摆动衣架,让它撞击某个坚硬物体,比如工作台或者桌子的边缘。注意它所发出的声音。跟你在第一步骤中,用手抓住挂钩时相比,用衣架抵住耳朵时听到的声音有所不同吗?声音持续多长时间?你怎么形容这个声音?在用衣架撞击物体之后,你注意到绳子的状态了吗?它们在动吗?是怎么动的?
  • 食指一直按压在耳朵上,用其他手指把绳子抓在手中。重复之前的步骤,让衣架晃着撞击坚硬物体。注意它所发出的声音。跟衣架自由摆动时相比,把绳子抓在手中时听到的声音有什么不同吗?
  • 补充: 食指保持按压在耳朵上,让衣架晃着撞击坚硬物体,在发出声音的时候,抓住绳子。抓住绳子时,声音有什么变化吗?
  • 补充: 用另一个金属的家居用品,重复这项活动,比如冷却架、金属沙拉钳、或者黄油刀。使用不同的物品,声音会发生怎样的变化?
第 4 段(可获 8.33 积分)

观察和结果

当衣架可以在手指下方自由摆动时,你留意到敲击它所产生的声音有更多的共鸣吗(深沉、质感、振动的声音)?当衣架能自由摆动时,跟用手抓住它或者抵在耳朵上相比,敲击声听起来应该更像是钟声或锣声。

为什么你听到的是不同的声音?正如我们在背景中讨论的,声音振动在某些材料中能比在其它材料中更容易地传递开。当衣架能在你身前自由地摆动时,敲击衣架会导致振动。这些振动沿着绳子往上传递到了你的手指上,然后通过手指进入头部。当衣架远离你身体并被敲击的时候,振动是通过空气传递到你耳朵你的。从这个活动中,你能了解到绳子和你的手指能比你周围的空气更好地传递声音!

第 5 段(可获 2.08 积分)

当你用手握住衣架并抵住耳朵时,衣架不能充分振动(原因是你把它抓在手里了)。因此,声音要柔和的多,理由是这样产生的振动要少些。当你摆动衣架又用手抓住绳子时,会产生类似效果。绳子不会振动,所以不能有效地将声波传递到你耳朵里。

第 6 段(可获 0.91 积分)

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