聲碎酒杯的奧秘

相信大家都看過《倚天屠龍記》，里面的明教護(hù)法金毛獅王謝遜，大家一定不陌生，他大聲吼叫發(fā)出所謂“獅吼功”的聲音，把敵人震得七竅流血于無(wú)形中殺人，周星馳《功夫》里的包租婆也會(huì)這個(gè)技能。據(jù)說修煉“獅吼功”需要極強(qiáng)的內(nèi)力，用聲波的形式把內(nèi)力擴(kuò)散出去。那么人的聲音真的可以震碎酒杯嗎？如何用物理原理解釋這一現(xiàn)象呢？本期內(nèi)容為大家揭示聲碎酒杯的奧秘。

自然界中，有光能、水能，生活中有機(jī)械能、電能，但其實(shí)聲也有能量。聲音其實(shí)是人類接觸最早也是最多的自然現(xiàn)象之一，嬰兒剛一出生就會(huì)哇哇啼哭，我們生活的世界到處都充滿著聲音。聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的，聲音以聲波的形式借助介質(zhì)傳播到我們耳朵內(nèi)的聽小骨，經(jīng)過復(fù)雜的聲—電轉(zhuǎn)換，最終由大腦形成聽覺。日常生活中，我們說話時(shí)發(fā)岀的聲音來自聲帶的振動(dòng)，再通過空氣傳播到耳朵里面，用手觸摸喉嚨時(shí)會(huì)察覺說話時(shí)聲帶在振動(dòng)。

聲音有三個(gè)特性，即音調(diào)、響度和音色，音調(diào)是指聲音的高低，頻率決定音調(diào)的高低，大多數(shù)人的聲音頻率大致在400Hz到800Hz之間。酒杯也有自己的“固有頻率”，就比如當(dāng)我們拿起一個(gè)杯子，然后用手輕輕地敲擊一下杯壁發(fā)出的“叮”的一聲，這個(gè)聲音的頻率就是這個(gè)酒杯的固有頻率。

而聲音之所以有破壞力，其實(shí)就是共振的原理，即外部有一個(gè)聲源的頻率跟某個(gè)物體的固有頻率相同或者接近，就能夠引起這個(gè)物體更大幅度的振動(dòng)，這就產(chǎn)生了共振。但是，如果我們想把酒杯震碎，光達(dá)到共振產(chǎn)生的固有頻率是不夠的，另外一個(gè)必要條件就是聲音的響度要足夠大，這個(gè)響度大約在130dB。我們正常說話的聲音響度大約60dB，要發(fā)出130dB的聲音有點(diǎn)難，我們可以借助話筒和功放來放大聲音，同時(shí)需要保持音調(diào)不變。

如果你也想練成“獅吼功”震碎酒杯，接下來請(qǐng)跟著本文利用聲音與酒杯共振，一起實(shí)驗(yàn)吧！實(shí)驗(yàn)時(shí)需掌握共振技巧，要多加練習(xí)，熟能生巧。

科學(xué)原理：聲碎酒杯的奧秘在于共振原理。所謂共振是指兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體，當(dāng)一個(gè)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，會(huì)引起另一個(gè)物體以最大幅度振動(dòng)的現(xiàn)象。酒杯自身有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，外界給它一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，比如聲音。當(dāng)聲音的頻率和酒杯的頻率接近或者相等的時(shí)候，杯子就會(huì)發(fā)生共振，當(dāng)振動(dòng)幅度超過了玻璃結(jié)構(gòu)所能承受的范圍時(shí)，酒杯便會(huì)被震碎。

聲碎酒杯的原理不僅僅是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一部分，在生活中也有廣泛應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如超聲波碎石，當(dāng)超聲波與堅(jiān)硬的結(jié)石接觸便會(huì)產(chǎn)生共振將結(jié)石震碎，但是這個(gè)聲波對(duì)柔軟的人體組織并不會(huì)造成傷害，因?yàn)槿说墓逃蓄l率在次聲波的頻率范圍內(nèi)；在軍事領(lǐng)域，可以用于破壞敵方的設(shè)備或器材；在工程領(lǐng)域，可以應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)，用來檢測(cè)材料的質(zhì)量和強(qiáng)度。當(dāng)然聲音的力量并不止如此，目前科學(xué)家們已經(jīng)可以利用聲音將燃燒的火焰熄滅，即低頻聲波滅火。

關(guān)于聲音，不管是古代用于祭祀的鐘鼓，還是現(xiàn)代科學(xué)的超聲波碎石、聲滅火，或是電視中的“獅吼功”，我們所認(rèn)識(shí)的聲音，存在于我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，其中潛藏的科學(xué)奧秘遠(yuǎn)不止于此，希望在未來我們可以更好地去利用聲音來方便我們的生活！

材料準(zhǔn)備

材料準(zhǔn)備：功放機(jī)、話筒、高音頭、高腳杯、吸管、毛巾、手機(jī)軟件（聲音分析儀）

實(shí)驗(yàn)操作：

1.將毛巾鋪在平整的桌面上，將高腳杯放在毛巾上。

2.用手輕輕敲響高腳杯，用手機(jī)軟件“聲音分析儀”測(cè)出高腳杯的固有頻率。

3.連接好功放、話筒和高音頭，使高音頭靠近高腳杯一定距離。

4.將一根吸管放在高腳杯內(nèi)，使吸管伸出杯口。

5.接通電源，對(duì)著話筒說話或發(fā)出“啊”的聲音，嘗試發(fā)出和高腳杯頻率相同的聲音，并用功放調(diào)整聲音的大小。

6.當(dāng)看到高腳杯內(nèi)的吸管劇烈振動(dòng)時(shí)，保持這個(gè)聲音頻率并持續(xù)一定時(shí)間，即可看到高腳杯被震碎。