華興恒

同學(xué)們都知道，聲音是由物體振動產(chǎn)生的；振動停止了，發(fā)聲也就停止了。大家還知道，聲音不能在真空中傳播；聲音在1標準大氣壓、15℃的空氣傳播的速度是340m/s，隨著溫度的升高，聲音的傳播速度會增大。這些關(guān)于聲音的知識，同學(xué)們都已耳熟能詳了。不過聲音在傳播的過程中，有時會像一個高高興興的孩童，“蹦蹦跳跳”地向前傳播，同學(xué)們知道這究竟是怎么回事嗎？

聲音在空氣中是以波的形式傳播的，它在傳播過程中有這樣的特性：在空氣中溫度均勻分布的情況下，聲波是以直線傳播的；如果空氣的溫度不均勻，聲音會向溫度低的區(qū)域偏折。炎炎夏日，地面附近空氣的溫度明顯高于較上層空氣的溫度，因此聲音會向空中偏折，在地面附近會出現(xiàn)聽不到聲音的“寂靜區(qū)”。這種情況在沙漠地區(qū)尤其顯著。

在赤日炎炎的夏季中午，沙漠中的砂子由于太陽的輻射，吸收了大量的熱，使地面附近的溫度快速升高，而較上層空氣的溫度變化卻不大。如果此時有人在五六十米外大聲呼喊你，你可能只能看到他的嘴在不停地張開、合攏，但就是聽不到他發(fā)出的聲音。這就是因為聲波從此人嘴中發(fā)出后，很快拐向溫度較低的空中的緣故。反之，聲波在空氣中傳播時，如果遇到空氣的溫度快速下降。這時聲音的傳播質(zhì)量則很好。因此在夏日的傍晚，由于地面溫度降低，聲波則會沿著地面?zhèn)鞑ィ卩l(xiāng)間?？梢月牭竭b遠的地方傳來的打場的號子聲和人們說話的聲音就是這個緣故。

如果某一地區(qū)溫度變化十分劇烈，那么聲音時而會拐到溫度較低的空中，時而又會拐到溫度較低的地面。歷史上記載，在歐洲的阿爾卑斯山的一個隧道里，28 t炸藥發(fā)生了爆炸！附近30km以內(nèi)的居民都聽到了巨大的爆炸聲，可是離爆炸地點30 km～160 km范圍內(nèi)的居民卻一點聲音也沒有聽到。這是什么原因呢？難道爆炸聲的傳播范圍只有30 km嗎？當然不是。事實上，在距爆炸點以北遠隔160 km的地方，人們清楚地聽到了這次巨大的爆炸聲。無獨有偶，1923年，荷蘭的一座軍火庫發(fā)生了爆炸，距爆炸地150 km左右的地區(qū)沒有聽到爆炸聲，相反遠在距爆炸地1300km的地方卻聽到了劇烈的爆炸聲。這也是由于聲音在空氣中發(fā)生多次拐彎所致。

這種聲音多次拐彎的現(xiàn)象是怎么回事呢？這與大氣層溫度的分布有關(guān)系。距離地面12 km以下的大氣層的對流層中。溫度隨著高度的增加而降低，而在距離地面12 km以上大氣層平流層中，氣溫又隨高度的增加而升高。這就意味著，聲音在對流層中傳播，傳播路徑會折向高空，但是并不會一直向上偏折，當聲音達到平流層時就會往下偏折。在對流層向上偏折的聲音一旦遇到障礙物（如烏云），聲音就會被反射回地面，在空中傳播的聲音被反射后到達的地方就可以聽到聲音。通過這樣的傳播過程，聲音可能傳播到上百千米以外的地方。如果聲源發(fā)出的聲音只是沿著地面?zhèn)鞑?，則很難傳播到上百千米以外的地方，這是因為地面到處都是樹木、山丘、建筑物等凹凸不平的東西。聲波遇到這些障礙物就會被反射或吸收。

最后讓我們再重溫一下阿爾卑斯山隧道中爆炸聲的傳播過程吧。阿爾卑斯山隧道里的爆炸聲，沿地面只傳播了30 km。由于地表的溫度高，而較上層的空氣溫度低。聲波就向上拐彎，聲波在向上拐的過程中恰又遇到了濃厚的云，便被反射到遠隔160 km的地方去，于是便在距隧道30 km～160 km之間形成了一個“寂靜區(qū)”，給人感覺聲音像是“拐彎”了一樣。

責任編輯 林洋