声音的产生
当我们听到声音时,常常会说类似这样的话:“有人敲门!”“飞机!”“下雨了!”“谁的手机响?”“妈妈回来了!”
这些话指出了我们所听声音的源头:门,飞机,雨点,手机,妈妈。
我们把声音的源头称为声源。
声源是怎样产生声音的?
比如门,门平时并不发出声音,当有人敲门时,它发出声音。敲门声结束后,门又恢复原样。发出敲门声时的门,与安静时的门,有什么不一样?
我们好像很难说出来。
我们来看另一种发声:说话。
用手轻轻按住你的喉头,然后念“a,o,e”。你会发现,当你发声时,喉头微微振动。当你发声结束后,喉头的振动也停止。
看起来,声音是由物体振动产生的。
再来看专门用来发声的设备:乐器。比如古筝。
怎样演奏古筝?用手弹拨古筝上的弦线。你很容易看出,弦被弹拨后开始振动,同时发出声音。如果你只弹一根弦,仔细观察它,你还会发现,随着弦的振动幅度慢慢变小,你听到的声音也慢慢变小。当弦停止振动后,声音消失。
不过,你在学校物理课学习声现象时,很少能看到古筝或类似的乐器,你一般会看到下面这种东西——音叉:
用小锤敲击音叉的U形部分,音叉发出声音,声音会持续好一会,慢慢变弱,直到消失。(我们不用门或桌子来研究声音的产生,因为敲击桌子或门时,它们发出的声音太短暂,研究起来不方便)
当音叉发声时,用手指或脸颊轻轻贴着音叉的U形部分,皮肤会感到发麻,表明音叉在振动。
如果你用一只手的手指轻轻与门接触,然后用另一只手在附近敲门,第一只手的手指也能感到微微发麻。
这些实验,以及其它更复杂的实验,都表明:声音是由物体振动产生的,每种情况下的声源都是某个振动的物体。
注意:这里的物体可以是固体,液体,或气体。
水滴滴到水面时,发出的滴答声,就是由振动的水产生的。
当你侧对着空瓶的瓶口吹气,瓶子发出的声音,就是瓶内气体振动产生的。
由振动的空气产生声音的另一个例子是:雷声。
虽然声音总是由物体的振动产生,但在有些情况下,物体虽然在振动,但我们听不到声音。
比如,你快速摆动手掌,手掌也在“振动”,但是你听不到声音。这是为什么呢?我们以后会解释这一点。
现在,请注意,“声音是由物体振动产生的”这句话,一点也不难理解,一点也不难复述它,于是,你可能认为:你已经理解了它的含义。
如果你这样想,你就错了。
怎样才能理解知识的含义?
物理(或者一般地说,科学)中经常是这样:以前人做出的发现,常常可以总结成简单的一句话。不少学习者单独地理解了这句话,便以为理解了它的含义。实际上,仅仅孤立地理解这句话,是不够的。我们需要把这个发现(这个知识)与我们已知的其它各种事情相结合,才能真正理解它的含义。
所以,单独地看待“声音是由物体振动产生的”这句话,没什么用处。要把它与我们熟知的其它事实联系起来看。
比如,我们知道,世界上的声音有各式各样。我们会想到,同样的振动会产生同样的声音,而不同的声音是由不同的振动方式引起的。
我们能根据听到的声音判断出声源(就像这一讲一开头讲的),这是因为,敲门只能发出敲门声,打雷只能发出雷声,妈妈只能发出那样的说话声(嗓音)。既然不同的声音是由不同的振动方式引起的,这意味着,不同的物体,受到特定的驱动时,只能产生特定的振动。门受到敲击时,不会产生妈妈说话时那样的振动,反过来也一样。
另一方面,如果能想出一种办法,自由地指挥某个物体的振动方式,既可以让它按照门的方式振动,也可以让它按照妈妈说话时那样振动,还可以让它像流水或打雷时的空气那样振动,那这个物体就可以发出各种各样的声音。
你很熟悉这样的物体:手机,电视机等等。它们早不会让你吃惊了。
可是,假如你带着手机时空穿越到孔子身边(当然这在科学上是不可能的),播放手机里的一段录音。孔先生听到狗叫,而且觉得叫声就在屋子里,他会大惑不解:屋里明明没有狗!他又听到刀剑相撞的声音,而且声音就在屋里,可是屋里明明没有人打架!他想破脑袋也想象不出,世界上居然会有一种东西,能发出各种各样的声音来。
我们还知道,笛子与古筝的声音不一样,这意味着,它们的振动方式不一样。但是,它们可以发出同一个音调,这意味着,它们的振动中又包含相同的“成分”,这相同的成分是什么呢?(我们很快会解释这个问题)
我希望你已经领会了,每当学到一个新知识时,不应该仅仅孤立地理解它(那没有用),而是要把它与其它已知的事实与知识联系起来思考。这样,你才能真正理解这个新知识的含义与价值。