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2024-04-10 05:03:19卓雅倩
光明少年 2024年3期 關(guān)鍵詞：振動
卓雅倩
春天來了，萬物復(fù)蘇，你聽，大自然給我們演奏了一曲盛大的交響樂：有冰雪融化的叮叮咚咚，燕子報(bào)春的嘰嘰喳喳，春雨落下的淅淅瀝瀝……其實(shí)，我們每天都被聲音環(huán)繞著，它像空氣一樣無處不在，在我們的生活中扮演著各種各樣的角色。
傳遞信息的“快遞員”
為什么在夜間活動的蝙蝠，在黑暗環(huán)境中也能敏捷地捕獲獵物？這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)蝙蝠可以由口腔或鼻部發(fā)出超聲波，再由耳朵接收被外界物體反射回來的聲波，從而判斷外界物體及自身的位置。人們模仿蝙蝠，開發(fā)了聲吶定位技術(shù)。大自然的許多活動，如地震、火山噴發(fā)、臺風(fēng)、海嘯發(fā)生時，都伴有次聲波產(chǎn)生。由于次聲波傳播的距離很遠(yuǎn)，幾千米外的人們也能夠使用靈敏的聲學(xué)儀器接收次聲波，并以此判斷這些活動發(fā)生的位置和強(qiáng)度。
粗中有細(xì)的“大力士”
看似無形的聲音，卻可以傳遞能量。一般來說，超聲波產(chǎn)生的振動比可聞聲波更加強(qiáng)烈，常被用來清洗物體。當(dāng)你去眼鏡店清洗眼鏡時，工作人員把眼鏡放在機(jī)器中，不用動手清潔，也能讓眼鏡變得干干凈凈。這是因?yàn)槌暡ù┻^清潔液并引起振動，這種振動能夠敲擊下物體上的污垢而不會損壞被清潔的物體。外科醫(yī)生也常常利用超聲波振動除去人體內(nèi)的結(jié)石，在向結(jié)石發(fā)射超聲波后，結(jié)石會被擊成細(xì)小的粉末，從而順暢地被排出體外。日常生活中，聲音還會產(chǎn)生什么神奇的現(xiàn)象呢？我們不妨探索一下。
懸停在空中的珠子是有魔法嗎？
你是否見過珠子在半空中懸停？一個珠子穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)停在半空中，沒有人接觸它，它也不會掉落，讓人產(chǎn)生反重力的錯覺。將物體懸浮在半空中看似是科幻小說中的情節(jié)，實(shí)際上，這是一種被稱為聲懸浮的物理現(xiàn)象，聲波就像一只看不見的手，將微小物體抓取到空中。
聲音是由物體振動產(chǎn)生的，是通過介質(zhì)（空氣或固體、液體）傳播并能被人或動物聽覺器官所感知的波動現(xiàn)象。聲音是一種波，它在空氣中傳播，同水波在水中傳播類似。不過水波是橫波，聲波是縱波，聲波的振動方向就在傳播方向上。由于聲波連續(xù)振動，空氣分子不斷交替地壓縮和松弛，大氣壓迅速產(chǎn)生起伏，處在聲場中的物體就會受到壓強(qiáng)差產(chǎn)生的力的影響。當(dāng)珠子處于這樣的聲場中時，就可以實(shí)現(xiàn)在空中懸浮。
知識拓展：聲懸浮裝置在生活中的應(yīng)用
聲懸浮技術(shù)在很多行業(yè)都大有用武之地，特別是在無容器條件下進(jìn)行生產(chǎn)的場景中。
制造微芯片時，芯片體積小，懸浮（無需被夾持）時更容易硬化和銳化；
某些材料具有腐蝕性并會與容器發(fā)生反應(yīng)，運(yùn)用聲懸浮技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)在無容器條件下進(jìn)行化學(xué)處理；
在制藥行業(yè)，懸浮器也為藥物制造提供了一個無污染的空間。
玩中學(xué)：一起制作聲懸浮裝置
聲懸浮裝置中包括兩個主要部件。裝置下方是一個超聲揚(yáng)聲器，它像一個喇叭，能夠發(fā)出超聲波。裝置上方則是一個反射裝置，當(dāng)下方發(fā)射的聲波傳遞到上方的反射裝置時，聲波會在發(fā)生反射后向下傳播，進(jìn)而反射波會和下方發(fā)出的入射波形成干涉。
第一步：將聲波發(fā)生器固定到底板上，上方安裝好兩個試管和反射裝置，底板右下角安裝好手搖發(fā)電機(jī)。
第二步：在底板背面將所有線路連接好。通過手搖發(fā)電機(jī)供電，確保玻璃管下方的聲波發(fā)生器電路模塊正常工作。
第三步：聲波傳播形成駐波，試管內(nèi)的珠子在豎直方向力的作用下懸于空中。我們可以觀察到，當(dāng)音樂頻率發(fā)生變化時，駐波節(jié)點(diǎn)隨之發(fā)生變化，物體開始上下跳動。
作者單位 浙江省云和縣第二中學(xué)
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為什么在夜間活動的蝙蝠，在黑暗環(huán)境中也能敏捷地捕獲獵物？這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)蝙蝠可以由口腔或鼻部發(fā)出超聲波，再由耳朵接收被外界物體反射回來的聲波，從而判斷外界物體及自身的位置。人們模仿蝙蝠，開發(fā)了聲吶定位技術(shù)。大自然的許多活動，如地震、火山噴發(fā)、臺風(fēng)、海嘯發(fā)生時，都伴有次聲波產(chǎn)生。由于次聲波傳播的距離很遠(yuǎn)，幾千米外的人們也能夠使用靈敏的聲學(xué)儀器接收次聲波，并以此判斷這些活動發(fā)生的位置和強(qiáng)度。
粗中有細(xì)的“大力士”
看似無形的聲音，卻可以傳遞能量。一般來說，超聲波產(chǎn)生的振動比可聞聲波更加強(qiáng)烈，常被用來清洗物體。當(dāng)你去眼鏡店清洗眼鏡時，工作人員把眼鏡放在機(jī)器中，不用動手清潔，也能讓眼鏡變得干干凈凈。這是因?yàn)槌暡ù┻^清潔液并引起振動，這種振動能夠敲擊下物體上的污垢而不會損壞被清潔的物體。外科醫(yī)生也常常利用超聲波振動除去人體內(nèi)的結(jié)石，在向結(jié)石發(fā)射超聲波后，結(jié)石會被擊成細(xì)小的粉末，從而順暢地被排出體外。日常生活中，聲音還會產(chǎn)生什么神奇的現(xiàn)象呢？我們不妨探索一下。
懸停在空中的珠子是有魔法嗎？
你是否見過珠子在半空中懸停？一個珠子穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)停在半空中，沒有人接觸它，它也不會掉落，讓人產(chǎn)生反重力的錯覺。將物體懸浮在半空中看似是科幻小說中的情節(jié)，實(shí)際上，這是一種被稱為聲懸浮的物理現(xiàn)象，聲波就像一只看不見的手，將微小物體抓取到空中。
聲音是由物體振動產(chǎn)生的，是通過介質(zhì)（空氣或固體、液體）傳播并能被人或動物聽覺器官所感知的波動現(xiàn)象。聲音是一種波，它在空氣中傳播，同水波在水中傳播類似。不過水波是橫波，聲波是縱波，聲波的振動方向就在傳播方向上。由于聲波連續(xù)振動，空氣分子不斷交替地壓縮和松弛，大氣壓迅速產(chǎn)生起伏，處在聲場中的物體就會受到壓強(qiáng)差產(chǎn)生的力的影響。當(dāng)珠子處于這樣的聲場中時，就可以實(shí)現(xiàn)在空中懸浮。
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聲懸浮裝置中包括兩個主要部件。裝置下方是一個超聲揚(yáng)聲器，它像一個喇叭，能夠發(fā)出超聲波。裝置上方則是一個反射裝置，當(dāng)下方發(fā)射的聲波傳遞到上方的反射裝置時，聲波會在發(fā)生反射后向下傳播，進(jìn)而反射波會和下方發(fā)出的入射波形成干涉。
第一步：將聲波發(fā)生器固定到底板上，上方安裝好兩個試管和反射裝置，底板右下角安裝好手搖發(fā)電機(jī)。
第二步：在底板背面將所有線路連接好。通過手搖發(fā)電機(jī)供電，確保玻璃管下方的聲波發(fā)生器電路模塊正常工作。
第三步：聲波傳播形成駐波，試管內(nèi)的珠子在豎直方向力的作用下懸于空中。我們可以觀察到，當(dāng)音樂頻率發(fā)生變化時，駐波節(jié)點(diǎn)隨之發(fā)生變化，物體開始上下跳動。
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