声音在我们的生活中无处不在。我们说话,我们听到音乐,我们被闹钟叫醒。这些都与声音有关。声音是什么?声音是如何产生的?声音又是怎样传到我们耳朵里的?初中物理课告诉我们答案。
物体振动产生声音。鼓面上上下下地动,鼓就响了。琴弦左右摇摆,音乐就出来了。我们说话时,喉咙里的声带在微微颤抖。一切声音的开始都是振动。没有振动,就没有声音。振动停止,声音也就消失。敲一下音叉,音叉的臂在抖动。用手握住音叉,振动停了,声音立刻没有了。这个道理很简单。
振动产生声音,声音需要东西来传播。这个东西叫做介质。空气是最常见的介质。鼓面振动,推挤旁边的空气。空气被压缩,又去推挤更远的空气。这样一层一层传下去,就像水波一样。最后,振动的空气到达我们的耳朵,耳朵里的鼓膜也跟着振动。我们的大脑明白了这个信号,于是我们听到了声音。
除了空气,别的东西也能传声。把耳朵贴在桌面上,轻轻敲桌子另一端。声音很清楚。固体可以传声,而且常常比空气传得更好。水也能传声。游泳时在水里能听到模糊的声音。古代士兵把耳朵贴在地上,能听到远处敌人的马蹄声。这说明固体传声效果不错。真空不能传声。把闹钟放在玻璃罩里,慢慢抽掉空气。铃声越来越轻,最后几乎听不见。没有介质,振动无法传递,我们就听不到声音。
声音有高有低。这是音调的不同。音调由振动的快慢决定。振动越快,音调越高。振动越慢,音调越低。振动快慢叫频率。频率高,声音尖。频率低,声音粗。女生说话声调通常比男生高。小提琴的弦细而紧,振动快,声音高。大提琴的弦粗而松,振动慢,声音低。我们调节吉他弦的松紧,就是在改变它的振动频率,改变音调。
声音有大有小。这是响度的不同。响度由振动的幅度决定。幅度就是振动的力气大小。轻轻敲鼓,鼓面振动幅度小,声音轻。用力敲鼓,鼓面振动幅度大,声音响。我们大声喊叫,声带振动的幅度就大。振幅决定声音的强弱。声音太响会损害听力。我们离声源远,声音就轻。离声源近,声音就响。声音向外传播,能量分散开,所以越来越弱。
声音还有不同的品质。这是音色的不同。不同的乐器,即使演奏同一个音调,我们也能分辨出来。钢琴和笛子声音不一样。每个人说话的音色也不同。音色由声音的波形决定。物体振动的方式不是单一的,除了整体振动,还有部分振动。这些叠加在一起,形成独特的声音图案。我们靠音色分辨熟悉的人。
声音遇到障碍物会反射回来。这就是回声。在山谷里大喊一声,一会儿声音又回来了。声音反射需要时间。如果障碍物离我们太近,反射声和原声混在一起,我们就听不出回声。只有障碍物足够远,反射声晚一点回来,我们才能清楚听到。科学家测量声音发出和返回的时间,可以计算距离。蝙蝠利用回声在黑暗中飞行和捕食。
声音在某些情况下会被吸收。柔软的物体,比如窗帘、地毯,可以吸收声音。这些材料让声音的振动能量转化为热能。房间里铺地毯,说话就不那么吵。这就是吸音。相反,光滑坚硬的墙面会让声音反射,让房间听起来很嘈杂。
声音能传递信息和能量。我们靠声音交流。老师讲课,学生听课。电话里传来朋友的声音。医生用听诊器听病人身体里的声音。这些都是信息。声音也有能量。巨大的声音能使窗户振动。声音的能量可以用来清洗精密零件。声音的能量在介质中传播,但也会逐渐消耗掉。
我们的耳朵是精巧的声音接收器。耳廓收集声音。声音通过外耳道传到鼓膜。鼓膜振动。听小骨把振动放大。内耳里的液体开始波动。听觉神经感受到信号,传给大脑。大脑分析这些信号,我们就知道听到了什么。保护耳朵很重要。不用尖锐的东西掏耳朵。不在噪音大的地方待太久。
声音有快有慢。声音在空气中的速度大约是每秒340米。温度高,声音传得快些。声音在水中传得快得多,大约每秒1500米。声音在钢铁中传得更快,每秒能超过5000米。所以火车铁轨传来的声音,比空气中传来的声音早到。先看到闪电,后听到雷声。因为光比声音快得多。我们可以根据这个时间差,估算雷电有多远。
声音不能超过一定的频率范围。人耳能听到的声音频率大约在20到20000赫兹。低于20赫兹的叫次声波,我们听不见。高于20000赫兹的叫超声波,我们也听不见。有些动物能听到超声波。蝙蝠、海豚利用超声波。超声波有很多用处。医生用超声波检查身体。工人用超声波探测金属内部有没有裂缝。次声波传播得很远。地震、海啸会产生次声波。
声音让我们的生活丰富多彩。没有声音,世界会非常寂寞。理解声音的道理,让我们更能欣赏生活中的美好。物理知识就在我们身边。听到风吹树叶的沙沙声,听到雨滴落下的嗒嗒声,听到人们的欢声笑语,我们知道,这是振动在传播,这是声音的世界。