科學(xué)家在研究各種波的時(shí)候,常常使用一種叫示波器的儀器。通過示波器,人們可以在光屏上看到聲波、電波以及其他各種波的圖形。
讓我們?cè)靷€(gè)土“示波器”,用它來(lái)觀察聲波。
找一只空鐵皮罐頭盒,去掉蓋和底,用一小截鐵煙囪也行。再找一個(gè)破氣球,把氣球皮剪開,蓋到鐵筒的一頭,用小線或皮筋把氣球皮繃緊扎牢。再找一小塊鏡片(約3~9平方厘米),沒有鏡片找一小塊玻璃也可以。把小鏡片粘在繃緊了的氣球膜上,使小鏡子的位置在鐵筒口的一側(cè)(不要在正中心)。這就是一個(gè)土“示波器”。
在有陽(yáng)光的情況下,你拿著土“示波器”站到窗口,讓陽(yáng)光斜射在那塊小鏡子上,看!小鏡片反射出的陽(yáng)光在墻上映出了一塊光斑。那就是土“示波器”的光屏。當(dāng)你對(duì)著土“示波器”的筒口高聲喊叫的時(shí)候,光屏上出現(xiàn)了波影!
顯然,這是由于你喊出來(lái)的聲波使土“示波器”的膜發(fā)生振動(dòng)的結(jié)果。為了進(jìn)一步研究波的性質(zhì),你不妨找一根繩子再做個(gè)實(shí)驗(yàn)。
把一根繩子的一頭固定在墻上,用手拿著另一頭,把繩子拉成水平。好,你的手上下振動(dòng)吧,看!繩子上出現(xiàn)了一個(gè)凸起又凹下的狀態(tài),并且向前傳播開來(lái)。這個(gè)一會(huì)凸起一會(huì)凹下的狀態(tài),就是一種波。
向平靜的水面投上一塊石頭,就能激起一圈圈的水波,水波漣漪向外傳播。水面上漂浮的樹葉隨著水波的到來(lái)忽上忽下,卻不會(huì)漂走。如果你在抖繩子時(shí),在繩子上穿上一個(gè)小紙片,你會(huì)發(fā)現(xiàn),那紙片雖然跟著波上下振動(dòng),卻不會(huì)隨波游動(dòng),移到墻頭。這說(shuō)明,機(jī)械波傳播的是振動(dòng)和振動(dòng)的能量,而不是物質(zhì)本身。
振動(dòng)在它周圍物體中的傳播就叫波。
那么,空氣中的聲波是怎樣傳播的呢?我們不妨找一根軟些的彈簧再做個(gè)實(shí)驗(yàn)。
把彈簧的一端固定在墻上,用一只手提起另一端,輕輕一推,看!彈簧圈一疏一密地向墻壁運(yùn)動(dòng)了。
仔細(xì)看一看彈簧上的波動(dòng),你就會(huì)發(fā)現(xiàn),它和繩子上的波動(dòng)大不相同:彈簧上的每個(gè)點(diǎn)(我們叫它質(zhì)點(diǎn))振動(dòng)的方向和波的傳播方向是相同的;繩子上的每個(gè)點(diǎn)振動(dòng)的方向卻和波的傳播方向相垂直。我們把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫縱波,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相垂直的波叫橫波。
我們?cè)僮屑?xì)分析一下土“示波器”的實(shí)驗(yàn):聲波從鐵筒的口傳進(jìn)去,由筒里的空氣傳到皮膜,引起皮膜振動(dòng),皮膜振動(dòng)的方向和波的傳播方向是一致的,因此,空氣中的聲波是縱波。
在抖繩子的實(shí)驗(yàn)中,你會(huì)看到兩個(gè)相鄰的凸起之間有一個(gè)凹下去的部分,那凸起的部分叫波峰,那凹下去的部分叫波谷。兩個(gè)相鄰波峰中點(diǎn)之間(或兩個(gè)相鄰波谷中點(diǎn)之間)的距離,就叫一個(gè)聲波分析波長(zhǎng)。你會(huì)發(fā)現(xiàn),如果你抖動(dòng)得均勻,那波長(zhǎng)是一定的。
縱波的波長(zhǎng)是指兩個(gè)相鄰密部中心之間(或者兩個(gè)相鄰疏部中心之間)的距離。
波傳播的速度叫波速,波速(v)、波長(zhǎng)(λ)和頻率(f)的關(guān)系是:
波速=頻率×波長(zhǎng),即v=fλ。
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