聲碎酒杯

朱向陽

(江西省信豐中學，江西 信豐 341600)

在高中物理的“共振”教學中，現(xiàn)場演示聲碎高腳玻璃酒杯(下稱酒杯)實驗，學生會感到非常驚奇和不可思議。通過實驗演示，能夠引發(fā)學生的學習興趣，使學生更好地理解“外力作用下的振動”的內容。

聲碎酒杯實驗主要有三種方法：(1) 利用音頻信號發(fā)生器、功率放大器和高音頭組合成音頻驅動器來聲碎酒杯；(2) 吹奏兒童玩具喇叭來聲碎酒杯；(3) 直接徒口聲碎酒杯。第1種方法實驗的成功率高，但所需器材較多，第2、3種方法實驗所需器材少，但要求教師要具備較高掌控發(fā)聲頻率的能力，下面交流筆者這幾年練習徒口聲碎酒杯的體會和方法。

1 聲碎酒杯的原理

聲音頻率非常接近或等于酒杯的固有頻率時，并且驅動力的聲強達到100dB以上，酒杯會發(fā)生強烈的共振而使杯壁破碎。

2 選擇合適的酒杯

限于大多數(shù)人的音域范圍和聲強，并不是任何酒杯都能被徒口吼破。所以，酒杯的選擇要以自己能吼破為原則。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，選擇杯口附近壁部厚度約為0.8mm、固有頻率為500～800Hz的酒杯比較合適。在這個頻率段范圍內，也應該根據(jù)個人自身的發(fā)聲條件來選擇合適的酒杯，筆者感覺吼破固有頻率為700Hz左右的酒杯比吼破固有頻率為500Hz左右的酒杯要更容易些。

3 測量酒杯的頻率

要讓聲音頻率非常接近或等于酒杯的固有頻率，應該先測出酒杯的固有頻率。對于初學者可在手機上下載“聲音分析儀”測頻軟件(圖1)。測量酒杯的固有頻率時，一只手拿住杯梗(杯肚與杯座的細長連接體)，讓酒杯靠近手機，另一只手的食指彈擊杯口附近的壁部，使杯壁振動發(fā)聲，便可測出酒杯的固有頻率。在發(fā)聲練習時，可看著手機屏幕的頻率數(shù)值，控制自己的發(fā)聲頻率盡量穩(wěn)定在酒杯的固有頻率附近。

圖1

4 實驗過程

(1) 實驗準備

如圖2所示，用亞克力板、PVC片等材料制作一個放置酒杯和收集玻璃碎片的托盤，酒杯置于托盤中央。用伸縮桿做托盤下方的支撐桿，便于根據(jù)實驗者的身高來調節(jié)酒杯的高度。在酒杯中放一根吸管，用于觀察酒杯的振動情況，以便調節(jié)自己的發(fā)聲頻率。如果具備有較豐富的碎杯經(jīng)驗，酒杯中也可以不放吸管，可通過耳聽酒杯的共鳴聲來調節(jié)發(fā)聲頻率。為了安全起見，實驗時還應戴上護目鏡。

圖2

另一種持杯方式為戴上護目鏡和手套，一只手拿住酒杯的杯梗，使酒杯豎立或平躺在人口的前方。注意，手套不要與杯壁接觸，防止阻礙杯身的振動。酒杯下方準備一只紙板箱，用于收集玻璃碎片。

(2) 徒口發(fā)聲

把口腔張開成“O”形，上、下嘴唇盡量靠近杯口側面。為了集中聲波能量于杯壁，如果是手持酒杯，使之豎立，上嘴唇應不高于杯口邊緣(圖3)；如果是手持酒杯，使之平躺放置，上、下嘴唇的側面都應靠近杯壁處，不要超出杯口邊緣。

圖3

大聲發(fā)“e”的聲音，讓聲波撞擊杯壁。同時，觀察杯中吸管有無振動，耳聽酒杯有無共鳴聲。以此來調整聲帶的松緊程度，控制合適的聲音頻率，使其非常接近或等于酒杯的固有頻率。當聲強達到100dB以上，發(fā)聲頻率非常接近或等于杯子的固有頻率時,酒杯便發(fā)生共振而破碎。

(3) 經(jīng)常練習

為了做好徒口聲碎酒杯實驗，要堅持經(jīng)常練習，在練習中，可用手機上的“聲音分析儀”測出酒杯的固有頻率，然后發(fā)聲吼酒杯，并不時地觀看手機上“聲音分析儀”測得的發(fā)聲頻率，如有偏差，及時調整發(fā)聲頻率。在練習過程中總結實驗成敗的經(jīng)驗教訓，不斷提升自己掌控發(fā)聲頻率的能力。

5 結語

徒口聲碎酒杯是一個挑戰(zhàn)性很強的共振實驗，對于初學者來說，不能急于求成，雖有一定的難度，但也不要因為學習之初不能碎杯而放棄，堅信自己一定具備碎杯的潛在能力，堅持練習，把自己的潛能釋放出來，實驗一定能做成功。