声音传播——会“跳跃”的声音

声音传播——会“跳跃”的声音

2016-11-09 作者: xuzhiping 浏览: 3330 次

摘要: 一个亲眼看到1871年普法战争的人在回忆录里写道:“今天早晨跟前一天完全相反。昨天是刺骨的寒冷并且有雾,半里外的东西就根本看不到。然而今天的天气晴朗而暖和。昨天远处的炮声响个不停,今天却平静得和那不知道有战争的世外桃源一样。我们惊慌地你看着我,我看着你,猜测这...

一个亲眼看到1871年普法战争的人在回忆录里写道:“今天早晨跟前一天完全相反。昨天是刺骨的寒冷并且有雾,半里外的东西就根本看不到。然而今天的天气晴朗而暖和。昨天远处的炮声响个不停,今天却平静得和那不知道有战争的世外桃源一样。我们惊慌地你看着我,我看着你,猜测这是怎么回事。难道巴黎和它的堡垒、大炮、轰击都消失得无影无踪了吗?

“我坐车来到了蒙莫兰西,从这里我可以清楚地看到巴黎近郊的宽广全景。可是这里也是死一般的寂静……我遇到三个士兵,于是我们开始推测目前的形势。我们都在想,这时候大概是开始和谈了,因为从清晨起,就一声枪响也没有听到过。我又前进到霍涅斯。这里的情况使我非常惊奇,不但隆隆的炮声没止, 据说德国人猛烈的炮击是从早晨八点就开始了。在南方,炮击也 差不多是从同一时刻开始的。可是在蒙莫兰西,我却没有听到一点声息!”

这种奇怪的现象并非仅此一例。1815年6月,在著名的滑铁卢战役中,战斗打响以后,部署在战场附近的25千米处的格鲁希军团竟无一人听到炮声,因此没能按作战计划及时赶来支援拿破仑,而在更远的地方,隆隆的炮声却清晰可闻。

1901年2月2日,为了悼念维多利亚女王的逝世,伦敦城里隆重地鸣放了礼炮。整个伦敦城都听到了轰隆隆的炮声,但是四周的郊区却一点声音听不到。而更奇怪的是,在145千米以外的遥远的村庄,村民们却清楚地听到了炮声。声音怎么能“跳”过伦敦郊区而传到145千米以外的地方去呢?还有一次,人们在位于瑞士和意大利交界处的阿尔卑斯山的一条铁路隧道里,爆炸了28吨炸药。震耳欲聋的爆炸声飞快地传了出去,但30千米处的人却听不见爆炸声,而远在160千米以外的德国人却清楚‘地听到了这次爆炸的巨大声响。人们迷惑不解,声音怎么能像“跳远” 似的传播呢?

这要从声音的传播形式谈起。声音是以声波的形式向四周传播的。我们说话的声音在近的地方可以清楚地听到,在较远的地方就听不清楚了,这是因为声波在传播过程中会受到散射,强度会逐渐减弱。我们在空旷的房子里讲话会听到回声,在山谷里呼喊也会听到回声,那是声波遇到障碍物时产生反射的原因。也许你以为,声音只有遇到坚硬的障碍物才会反射。其实不是这样的,柔软的物体,像空气等,也会反射声音。声波在传播过程中经过温度不同或者所含的水蒸气数量不同的空气团时,就会发生折射或者反射现象。它在温度均匀的空气里,是笔直地往前跑;一碰到空气的温度有高有低时,它就尽拣温度低的地方走,于是声音就“拐弯”了。

大炮的轰鸣发射出半球形的声波,声波一面扩散,一面从地面上升。通常情况下,空气温度随着高度的升高而逐渐降低,那么声波从地面传播出去,一部分声波发生折射,传播方向向上弯曲,逐渐被吸收,到达一定高度后就消失了; 一部分声波沿地面前进,于是,在声源四周相当大的范围内可以听到炮的发射声。当声波传播到一定距离以后,强度减弱,超过声源一定的半径范围,就听不到炮声了,但是,空气温度和湿度的变化并不总是像通常情况下那样均匀而有规律。当在某一地区的空气密度变化不规则时,声波就会发生不同于正常条件下的折射和反射,导致某些离声源很近的地区听不到声音。

在地面上空10~15千米的高度,大气温度不仅停止降低,反而随着高度的增加而逐渐升高,在50千米处升温达到最大值,原因是该处的臭氧层从太阳光中吸收了强烈的紫外线辐射,使温度升高了。猛烈的爆炸声和大炮声能产生足够强的声波,当传达到10~15千米的髙度,遇到这层较暖和的空气层时,就被反射回地面。声波在反射回地面时,已经远离了声源的位置,所以在很远的地方反而听到了礼炮声和爆炸声。看起来声音好像会“跳远”似的“跳”过一段距离再传播,实际上是空气对声波反射的结果。当然,并不是经常会发生上面我们所说的情况,只有声音强度足够大,大气条件也合适时,才会发生声音的“跳远”现象。

声音的这些特性,会造成一些有趣的现象。在炎热的沙漠里,地面附近的温度极高,如果在50~60米以外有人在大声呼喊,别人只能看见他的嘴在动,却听不到声音,这是由于喊声发出后,很快就往上拐到高空中去了。相反,在冰天雪地里,地面附近的温度比空中来得低,声音全都沿着地面传播,因此人们大声呼叫时,能传播得很远,甚至在1000~2000米以外也能听见。

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