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第52章 声音是怎样产生和传播的

声音是通过物体振动产生的,是一种通过介质(空气或固体、液体)传播并能被人或动物的听觉器官所感知的波动现象。

声音是一种压力波。当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时,它们的振动会引起介质——空气分子有节奏的振动,使周围的空气产生疏密变化,形成疏密相间的纵波,这就产生了声波,这种现象会一直延续到振动消失为止。声音在不同的介质中传播的速度也是不同的。在空气中,声音是借着由音源产生的压力变化向四周传播的。离开音源越远,声音的声压级值就越低。虽然空气分子吸收声音的能量是导致传播中的声音渐渐减弱的原因之一,但是,与音源的距离是一个更重要的因素。声音减弱的情况称为声音衰减。距离对声音衰减的影响取决于音源的类型。我们日常接触的声音大多可视为“点”型或“线”型音源。

声音的传播速度跟介质的反抗平衡力有关,反抗平衡力就是当物质的某个分子偏离其平衡位置时,其周围的分子就要把它挤回到平衡位置上,而反抗平衡力越大,声音就传播得越快。水的反抗平衡力要比空气的大,而铁的反抗平衡力又比水的大。经科学家测量,在0℃的空气中,声音的传播速度是332米/秒;在水中的传播速度是1450米/秒;在铁中的传播速度是5000米/秒。声音的传播也与温度有关,声音在热空气中的传播速度比在冷空气中的传播速度快。另外声音的传播还与阻力有关,在大风的天气中,声音传播的速度就慢得多。声音还会因外界物质的阻挡而发生折射,例如人面对群山呼喊,就可以听得到自己的回声。另一个发生折射的例子就是晚上的声音传播要比白天的远,是因为白天声音在传播的过程中,遇到了上升的热空气,从而把声音快速折射到了空中;而晚上冷空气下降,声音会沿着地表慢慢地传播,不容易发生折射。

如果我们了解声音的原理,就可以利用声音。如超声波被广泛应用于工业、军事、医疗等行业。在工业上,常用超声波来清洗精密零件,原理是利用超声波在清洗液中产生震荡波使清洗液产生瞬间的小气泡,从而冲洗零件的每个角落。军事上,潜艇用声纳来发现敌军的舰船与潜艇。在医疗上,可以利用超声波进行洗牙和超声波碎胆结石等的应用。

在火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等许多灾害性事件发生前,都会产生出次声波,人们可以利用这种前兆来预报灾害事件的发生。在军事上,可用利用核试验、火箭运行等产生的次声波获得相关的数据。

随着社会的进步,噪声污染已经成为社会突显问题。据调查,噪音每上升一分贝,发病率就增加3%。而且,噪声会影响人的神经系统,使人急躁、易怒,并影响睡眠,造成疲倦。次声波会干扰人的神经系统的正常功能,危害人体健康。一定强度的次声波,能使人头晕、恶心、呕吐、丧失平衡感甚至精神沮丧。有人认为,晕车、晕船就是车、船在运行时产生的次声波引起的。在大风天气,高层建筑里的人往往感到头晕、恶心,这也是因为大风使高楼摇晃产生次声波的缘故。

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