声波的振动传播

声波的振动传播


发布日期: 2016-10-24 更新日期: 2016-11-09 编辑:xuzhiping 浏览次数: 5051

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摘要: 古时候,在火炮产生以前,坚固的城墙是战争中重要的防御工具。进攻者为了能够攻进城去,往往是挖掘地道,从城墙下穿过,透城而人。对防御者来说,及时发现敌人在什么地方挖地道自然就成为十分重要的问题了。我国古代著名的哲学家墨子在他的名著《墨经》中叙述了关于如何守城的方法...

古时候,在火炮产生以前,坚固的城墙是战争中重要的防御工具。进攻者为了能够攻进城去,往往是挖掘地道,从城墙下穿过,透城而人。对防御者来说,及时发现敌人在什么地方挖地道自然就成为十分重要的问题了。我国古代著名的哲学家墨子在他的名著《墨经》中叙述了关于如何守城的方法: “令陶者(制造陶器的工匠)为罂(口小腹大的坛子),容四十斗以上……置井中,使聪耳者伏罂而听之,审知(我出)穴(敌人所挖地道)之所在,凿内(从里边挖掘)迎之。” 在沈括的《梦溪笔谈》中也曾记载:古代行军时,士兵宿营野外,都要头枕用牛皮做成的箭筒,贴耳睡眠,这样可以监听远处敌人的动静。

在上面的例子里,声波是因为挖掘地道产生的振动传播出来而形成的。振动中,质点运动的速度和方向都随着时间的变化而发生变化,但振动的传播速度即波速在同种媒质中是不变的。空气传声是我们最常见的传声现象。我们平时说话就是通过空气来传播的,声波在空气中传播的速度并不是很快,它的速度大约为340米/秒。声音还可以在其他的液体、气体和固体中传播,但在不同的媒质中传播的速度有所不同。

在瑞士日内瓦城的东北有一个湖泊,在这个湖上,1827年人们曾进行了一次测定声音在水中传播速度的实验。实验中,人们把船划到湖中,两船相距13847米,甲船上的实验员向水中放下一口钟,船上准备了一些火药,在敲钟的同时把船上的火药点燃。乙船上的实验员向水中放下一个听音器,用于听取由水中传来的钟声。实验中,测得在看到火药闪光后约10秒钟后听到钟声。通过这一实验,可以计算出声音在水中的传播速度。由于光在空气中的传播速度约为300000千米/秒,因此,火光由甲船上传播到乙船上实验员的眼中所用的时间可以忽略不计。这样一来,以上测得的10秒钟就是钟声经过水中传播到乙船所用的时间。可以用以下的公式来进行计算:

\(声音在水中传播的速度=距离÷传播时间 =13847÷10≈1400(米/秒)\)

由此可见,声波在水中的传播速度要远远大于在空气中的传播速度。实际上,声波在固体中的传播速度更快、距离更远。声音在钢铁中的传播速度可达5000米/秒,比在空气中的速度快十多倍,而且,声波在土地、钢铁等物质的传播过程中,其散射、衰减的能量较少,传播的距离也比在空气中传播的距离远得多。

这就是墨子为什么要让士兵通过埋在地里的坛子听声音的原因了。因为敌人在城外挖掘地道的声音会很快地通过土地传播到城内。将耳朵贴在钢轨上,可以听到很远处的火车车轮撞击铁轨的声音,也是这个道理。在过去的战争年代中,侦察员常常伏在地上用耳朵贴紧地面的方法监听敌人马队、车辆行动的声音。

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