我们把质点 的振动方向与振动的传播方向同轴的波称为纵波。
声音之所以有破坏力,不得不提到共振这个名词。任何物体都有自己的“固有频率”,例如,我们左手优雅地(动作很重要)拿着高脚杯杯柄,右手轻轻弹击杯口,只听“叮”的一声,这个声音的频率就是玻璃杯的固有频率啦。
如果外部有一个声源的频率跟玻璃杯的固有频率相同或者接近,就能引起玻璃杯更大幅度的振动,这就是产生了共振。
如果想把这个玻璃杯震碎,除了产生共振,还需要达到一定的响度,大约需要130分贝以上。其实一个人喊到130分贝并不难,只要你肯扯着嗓子喊,难的是在喊得响的同时保持音准。所以,狮吼功不是随便可以练成的,需要一些技巧。
目前,在医学上,科学家根据共振的原理,利用超声波进行碎石。当超声波与坚硬的结石接触便会产生共振,随之将结石震碎,但对柔软的人体组织并不造成损伤,这是因为人体的固有频率在次声波频率范围内。
声音不仅具有强大的破坏力,它还可以产生巨大的能量——声辐射压力,使物体摆脱重力的束缚悬浮在空中。话不多说,眼见为实。
人们对于悬浮的研究从古至今一直痴迷,乐此不彼,自万户飞天到现在发明的各种悬浮技术如永磁悬浮、电磁悬浮和超导悬浮。除了磁悬浮以外,人类还研究出另外一种悬浮技术,就是我们在视频中看到的——声悬浮。
上文我们提到声音是一种纵波,其振动方向就在振动的传播方向上,导致空气密度发生“疏密”变化,因而声波也可以说是一种疏密波。
如上图,我们以蓝色小球代表空气粒子,在声波的作用下,空气疏密程度会发生变化。如果可以使空气的疏密分布不随时间发生移动,物体便束缚在密度比较疏的位置,这样就可以实现悬浮了。要想使声波在每个位置的振幅不变,我们就不得不提到另外一个专业名词——驻波。
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当两个“振幅、频率、波长”完全相同但传播方向相反的波(上图蓝色和红色的波)相遇时,他们振动叠加,就产生了一个只在原地振动的波(上图黑色的波),我们称之为驻波。在驻波上,振幅为零的地方称为“波节”,振幅最大的地方称为“波腹”。
因为波节的位置受力平衡,若偏离波节,物体会受到指向波节的回复力作用。所以利用驻波来悬浮物体,物体会在波节位置上达到稳定平衡。
然而声音的能量远不止于此,除了悬浮还可以将燃烧的火焰熄灭。
注意,这里的声波灭火可不是随随便便的声音都可以的,它需要30至60赫兹的低频声波。
而物体燃烧需要三剑客(三个条件):可燃物(一般指可燃物质)、助燃物(一般指氧和氧化物)、火源(引起可燃物质燃烧的能源)。只要这三剑客三缺一,便不会使物体燃烧或者使正在燃烧的物体火焰熄灭。
通过声悬浮实验我们知道,声音可以使附近区域空气分布发生变化,带来的结果就是氧气的密度不均匀,会呈现出疏密分布。在低密度的区域,由于三剑客之一氧气不足,火焰也就消失啦。
关于声音,无论是经过千年洗礼的编钟,还是现代科学的声悬浮、声灭火,亦或是武侠小说中的狮吼功,我们所认识的声音,存在于我们日常生活的各个方面,其中潜藏的科学奥秘远不止于此。
鸣谢:上海电力大学蒋锋讲师为本文提供科学指导返回搜狐,查看更多