聲音真奇妙 蹦跳向前跑

華興恒

同學們都知道，聲音是由物體振動產生的；振動停止了，發聲也就停止了。大家還知道，聲音不能在真空中傳播；聲音在1標準大氣壓、15℃的空氣傳播的速度是340m/s，隨著溫度的升高，聲音的傳播速度會增大。這些關于聲音的知識，同學們都已耳熟能詳了。不過聲音在傳播的過程中，有時會像一個高高興興的孩童，“蹦蹦跳跳”地向前傳播，同學們知道這究竟是怎么回事嗎？

聲音在空氣中是以波的形式傳播的，它在傳播過程中有這樣的特性：在空氣中溫度均勻分布的情況下，聲波是以直線傳播的；如果空氣的溫度不均勻，聲音會向溫度低的區域偏折。炎炎夏日，地面附近空氣的溫度明顯高于較上層空氣的溫度，因此聲音會向空中偏折，在地面附近會出現聽不到聲音的“寂靜區”。這種情況在沙漠地區尤其顯著。

在赤日炎炎的夏季中午，沙漠中的砂子由于太陽的輻射，吸收了大量的熱，使地面附近的溫度快速升高，而較上層空氣的溫度變化卻不大。如果此時有人在五六十米外大聲呼喊你，你可能只能看到他的嘴在不停地張開、合攏，但就是聽不到他發出的聲音。這就是因為聲波從此人嘴中發出后，很快拐向溫度較低的空中的緣故。反之，聲波在空氣中傳播時，如果遇到空氣的溫度快速下降。這時聲音的傳播質量則很好。因此在夏日的傍晚，由于地面溫度降低，聲波則會沿著地面傳播，在鄉間常可以聽到遙遠的地方傳來的打場的號子聲和人們說話的聲音就是這個緣故。

如果某一地區溫度變化十分劇烈，那么聲音時而會拐到溫度較低的空中，時而又會拐到溫度較低的地面。歷史上記載，在歐洲的阿爾卑斯山的一個隧道里，28 t炸藥發生了爆炸！附近30km以內的居民都聽到了巨大的爆炸聲，可是離爆炸地點30 km～160 km范圍內的居民卻一點聲音也沒有聽到。這是什么原因呢？難道爆炸聲的傳播范圍只有30 km嗎？當然不是。事實上，在距爆炸點以北遠隔160 km的地方，人們清楚地聽到了這次巨大的爆炸聲。無獨有偶，1923年，荷蘭的一座軍火庫發生了爆炸，距爆炸地150 km左右的地區沒有聽到爆炸聲，相反遠在距爆炸地1300km的地方卻聽到了劇烈的爆炸聲。這也是由于聲音在空氣中發生多次拐彎所致。

這種聲音多次拐彎的現象是怎么回事呢？這與大氣層溫度的分布有關系。距離地面12 km以下的大氣層的對流層中。溫度隨著高度的增加而降低，而在距離地面12 km以上大氣層平流層中，氣溫又隨高度的增加而升高。這就意味著，聲音在對流層中傳播，傳播路徑會折向高空，但是并不會一直向上偏折，當聲音達到平流層時就會往下偏折。在對流層向上偏折的聲音一旦遇到障礙物（如烏云），聲音就會被反射回地面，在空中傳播的聲音被反射后到達的地方就可以聽到聲音。通過這樣的傳播過程，聲音可能傳播到上百千米以外的地方。如果聲源發出的聲音只是沿著地面傳播，則很難傳播到上百千米以外的地方，這是因為地面到處都是樹木、山丘、建筑物等凹凸不平的東西。聲波遇到這些障礙物就會被反射或吸收。

最后讓我們再重溫一下阿爾卑斯山隧道中爆炸聲的傳播過程吧。阿爾卑斯山隧道里的爆炸聲，沿地面只傳播了30 km。由于地表的溫度高，而較上層的空氣溫度低。聲波就向上拐彎，聲波在向上拐的過程中恰又遇到了濃厚的云，便被反射到遠隔160 km的地方去，于是便在距隧道30 km～160 km之間形成了一個“寂靜區”，給人感覺聲音像是“拐彎”了一樣。

責任編輯 林洋