陳用挺

摘 要：從春雨中聽到遠(yuǎn)處的鐘聲入手，分析影響聲音傳播遠(yuǎn)近的各種原因。

關(guān)鍵詞：聲音傳播;濕度;氣壓

郊外遠(yuǎn)處教堂的鐘聲平時(shí)是聽不見的，但春雨中就可以聽到遠(yuǎn)處清晰的教堂鐘聲，通常都用空氣的濕度大來解釋可以聽到鐘聲的原因。平時(shí)我們聽不到遠(yuǎn)處的鐘聲，為什么空氣濕度大就能聽到遠(yuǎn)處的鐘聲呢？

一、網(wǎng)上的一種錯誤的觀點(diǎn)

有人認(rèn)為是小雨滴幫助傳播了聲音，聲音在水中的傳播速度是1500m/s，而在空氣中的傳播速度是340m/s，在水中傳播得快，所以傳播得遠(yuǎn)！有觀點(diǎn)認(rèn)為空氣濕度大，同時(shí)溫度相對較低，溫度降低和下雨造成空氣中存在大量小水滴，聲音在液體中的傳播速度遠(yuǎn)大于在空氣中傳播的速度，速度大，聲音被吸收得慢，故可以傳播更遠(yuǎn)。這種觀點(diǎn)是錯誤的！其一、從理想情況來分析：聲音傳播得快不一定傳播得遠(yuǎn)，聲波傳播得遠(yuǎn)近與聲音的傳播速度無關(guān)！從理論上分析在沒有能量損失的環(huán)境里，即使速度較慢也可以傳播到無限遠(yuǎn)的距離！其二、聲音的傳播需要能量，在聲音的傳播過程中，聲音的能量會不斷地?fù)p失。假設(shè)沒有障礙物，聲波在傳播過程中，傳播聲波的介質(zhì)會吸收聲波的能量，當(dāng)聲源的振幅一定時(shí)，人距聲源越近聽到的聲音越大，距聲源越遠(yuǎn)聽到的聲音越小，距聲源太遠(yuǎn)，聲波的能量全部被介質(zhì)吸收，我們就聽不到聲音啦！其三、在空氣中傳播的聲波與小水滴相遇，聲波若能通過小水滴，在小水滴中傳播需要引起小水滴內(nèi)很多水分子的振動，由于水滴的質(zhì)量大，小水滴消耗聲波的能量會比空氣分子更多，聲波不會傳播得更遠(yuǎn)！

二、為什么春雨天聲音會傳播得更遠(yuǎn)

下雨天聲音傳播得更遠(yuǎn)，必須是春天的毛毛細(xì)雨！幫助傳播聲波的介質(zhì)不是小雨滴，而是由雨滴蒸發(fā)成的水蒸氣！水蒸氣與小水滴傳播聲音的情景有本質(zhì)上的區(qū)別，水蒸氣的水分子與水分子之間是彼此分離的，而一個小水滴有無數(shù)個水分子，聲音的能量引起一個水分子振動是很容易的，引起整個小水滴無數(shù)個水分子的振動就難很多！有水蒸氣幫助聲音傳播，為什么可以使聲波傳播得更遠(yuǎn)呢？

空氣中的氮?dú)庹?8%，空氣的所有氣體氮?dú)獾谋壤畲?，我們可以認(rèn)為聲波主要靠氮?dú)鈧鞑?。一個氮?dú)夥肿拥姆肿恿渴?8，而一個水分子的分子量只有18。聲波的能量引起水分子的振動比引起氮?dú)夥肿诱駝尤菀椎枚?。也就是聲波在氮?dú)夥肿又袀鞑ィ捎诘獨(dú)夥肿臃肿恿勘人肿恿看蟮枚?，傳播需要的能量也大得多，氮?dú)夥肿游章暡ǖ哪芰恳捕嗪芏?！所以春雨天氣聲波有了水分子的幫助傳播，聲波的能量損耗少，會傳播得更遠(yuǎn)。

三、大氣壓與空氣濕度的關(guān)系

眾所周知，冬天的大氣壓強(qiáng)比夏天的高，晴天的大氣壓強(qiáng)比雨天的高。我們每個人都處大氣的包圍之中，大氣壓與我們息息相關(guān)，氣壓高氧氣含量充足，我們呼吸暢快，使人感到舒服！氣壓低氧氣不夠充足我們會感到沉悶，秋天氣壓相對夏天高些，所以有了秋高氣爽一說！冬天的大氣壓強(qiáng)比夏天的高，晴天的大氣壓強(qiáng)比雨天的高，主要是大氣壓強(qiáng)與空氣的濕度有關(guān)。夏天和雨天為什么氣壓低，主要是空氣的濕度大，空氣中的水蒸氣含量大使得大氣壓降低！單位體積空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量，叫做空氣濕度。它實(shí)際上就是水密度。

為何空氣的濕度大會使大氣壓降低呢？大氣壓產(chǎn)生的原因是大量分子撞擊物體的結(jié)果，空氣對物體單位面積上的壓力等于大氣壓強(qiáng)。放在空氣中的物體為什么會受到大氣的壓力呢？從微觀原理分析是分子做無規(guī)則運(yùn)動撞擊的結(jié)果，某時(shí)刻物體單位面積受到的壓力是：這個時(shí)刻無規(guī)則運(yùn)動的空氣分子撞擊到物體表面的平均撞擊力與物體表面積之比！在撞擊物體表面分子數(shù)和分子速度相同的情況下，質(zhì)量越大的分子撞擊力越大，單位面積受到的壓力就大，大氣壓強(qiáng)就大！一個氮?dú)夥肿拥姆肿恿渴?8，而一個水分子的分子量只有18。夏天和雨天氣壓低，主要是空氣的濕度大。在相同的條件下（氣溫相同、空氣沒有流動等），當(dāng)空氣濕度大時(shí)，因這空氣中的水蒸氣占據(jù)了空氣的空間，接近地面的水分子把空氣分子擠到其它空間去了。空氣中空氣分子減少水分子增多，除了空氣分子撞擊到物體表面外，還有水分子撞擊。因?yàn)樗肿拥馁|(zhì)量小于空氣分子的質(zhì)量，物體單位面積上平均撞擊力減小，使得大氣壓降低！

四、影響聲波傳播遠(yuǎn)近的其它因素

聲波傳播的遠(yuǎn)近與聲波的頻率是否有關(guān)呢？聲音在空氣中傳播時(shí)，不同頻率的聲波被空氣吸收的程度是不同的。如夏天蟬的叫聲由于蟬羽振動頻率高，產(chǎn)生高頻聲波容易被空氣吸收，在近處雖然叫聲很高，但在較遠(yuǎn)處就聽不到其叫聲了。反之，大鐘發(fā)出宏亮低沉的聲音，傳播的聲波頻率較低，被空氣吸收得較少，因而鐘聲傳得遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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