聲懸浮：看不見的“魔法師”

卓雅倩

春天來了，萬物復蘇，你聽，大自然給我們演奏了一曲盛大的交響樂：有冰雪融化的叮叮咚咚，燕子報春的嘰嘰喳喳，春雨落下的淅淅瀝瀝……其實，我們每天都被聲音環繞著，它像空氣一樣無處不在，在我們的生活中扮演著各種各樣的角色。

傳遞信息的“快遞員”

為什么在夜間活動的蝙蝠，在黑暗環境中也能敏捷地捕獲獵物？這是因為大多數蝙蝠可以由口腔或鼻部發出超聲波，再由耳朵接收被外界物體反射回來的聲波，從而判斷外界物體及自身的位置。人們模仿蝙蝠，開發了聲吶定位技術。大自然的許多活動，如地震、火山噴發、臺風、海嘯發生時，都伴有次聲波產生。由于次聲波傳播的距離很遠，幾千米外的人們也能夠使用靈敏的聲學儀器接收次聲波，并以此判斷這些活動發生的位置和強度。

粗中有細的“大力士”

看似無形的聲音，卻可以傳遞能量。一般來說，超聲波產生的振動比可聞聲波更加強烈，常被用來清洗物體。當你去眼鏡店清洗眼鏡時，工作人員把眼鏡放在機器中，不用動手清潔，也能讓眼鏡變得干干凈凈。這是因為超聲波穿過清潔液并引起振動，這種振動能夠敲擊下物體上的污垢而不會損壞被清潔的物體。外科醫生也常常利用超聲波振動除去人體內的結石，在向結石發射超聲波后，結石會被擊成細小的粉末，從而順暢地被排出體外。日常生活中，聲音還會產生什么神奇的現象呢？我們不妨探索一下。

懸停在空中的珠子是有魔法嗎？

你是否見過珠子在半空中懸停？一個珠子穩穩當當停在半空中，沒有人接觸它，它也不會掉落，讓人產生反重力的錯覺。將物體懸浮在半空中看似是科幻小說中的情節，實際上，這是一種被稱為聲懸浮的物理現象，聲波就像一只看不見的手，將微小物體抓取到空中。

聲音是由物體振動產生的，是通過介質（空氣或固體、液體）傳播并能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象。聲音是一種波，它在空氣中傳播，同水波在水中傳播類似。不過水波是橫波，聲波是縱波，聲波的振動方向就在傳播方向上。由于聲波連續振動，空氣分子不斷交替地壓縮和松弛，大氣壓迅速產生起伏，處在聲場中的物體就會受到壓強差產生的力的影響。當珠子處于這樣的聲場中時，就可以實現在空中懸浮。

知識拓展：聲懸浮裝置在生活中的應用

聲懸浮技術在很多行業都大有用武之地，特別是在無容器條件下進行生產的場景中。

制造微芯片時，芯片體積小，懸浮（無需被夾持）時更容易硬化和銳化；

某些材料具有腐蝕性并會與容器發生反應，運用聲懸浮技術，我們可以實現在無容器條件下進行化學處理；

在制藥行業，懸浮器也為藥物制造提供了一個無污染的空間。

玩中學：一起制作聲懸浮裝置

聲懸浮裝置中包括兩個主要部件。裝置下方是一個超聲揚聲器，它像一個喇叭，能夠發出超聲波。裝置上方則是一個反射裝置，當下方發射的聲波傳遞到上方的反射裝置時，聲波會在發生反射后向下傳播，進而反射波會和下方發出的入射波形成干涉。

第一步：將聲波發生器固定到底板上，上方安裝好兩個試管和反射裝置，底板右下角安裝好手搖發電機。

第二步：在底板背面將所有線路連接好。通過手搖發電機供電，確保玻璃管下方的聲波發生器電路模塊正常工作。

第三步：聲波傳播形成駐波，試管內的珠子在豎直方向力的作用下懸于空中。我們可以觀察到，當音樂頻率發生變化時，駐波節點隨之發生變化，物體開始上下跳動。

作者單位 浙江省云和縣第二中學