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        聽到春雨中遠(yuǎn)處飄來教堂的鐘聲想到的

        2019-09-10 03:13:23陳用挺
        高考·下 2019年4期
        關(guān)鍵詞:氣壓濕度

        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,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)夥肿诱駝尤菀椎枚唷R簿褪锹暡ㄔ诘獨(dú)夥肿又袀鞑?,由于氮?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哪芰恳捕嗪芏啵∷源河晏鞖饴暡ㄓ辛怂肿拥膸椭鷤鞑?,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,某時刻物體單位面積受到的壓力是:這個時刻無規(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,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。因為水分子的質(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,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)

        [1]劉麗紅.《聲音的傳播》課堂實錄及評析[J].科學(xué)課,2005,22(3):38-39。

        [2]蘭朝鳳.水介質(zhì)中聲波非線性相互作用的研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2012。

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