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第60章 声音也会拐弯

在深秋,天气开始转冷而西北风还没有刮起来的时候,农村的傍晚,常会听到远处城镇传来一阵阵隐隐约约的哨杂声,有时还偶然听清楚一两句话的片断。这在其他时刻里,特别是在中午,是不可能有的。这种现象是怎样引起的呢?难道声音也怕热?

原来,在空气中,空气分子在较高温度下比在较低温度下运动速度要快,所以声音在暖空气中要比在冷空气中传播得快。在空气中,温度每升高1℃,声速每秒钟就会增加0.607米。在0℃时,声音以每小时1193千米的速度传播,温度升高1℃,声速每小时就提高2.2千米。白天,太阳的照射使地面和地面附近空气的温度比上层的高,于是地面附近声音传播快,上层比较慢,这样,声音就发生向上的曲折,地上的人就听不到了。傍晚,地面温度迅速下降,而上层空气仍晒着太阳,就造成了上层空气温度比较高,声音传得快,地面传得慢,于是声音就折向地面,被地上的人听到(图6-8)。

露天演讲,总要选样有利的风向,站在上风。猎人打猎,却要站在下风,从逆风的方向上靠近猎物。逆风说话很吃力,不容易叫人听见;而顺风,老远的人都能听到。这类现象又是怎样引起的呢?

英国学者雷诺耳做了一个有趣的实验。这个实验回答了上面那个问题。雷诺耳把一个小铃放在离开地面30厘米的地方,让它不断地叮叮作声,然后逆着风的方向离它而去。当他走到70米远的地方,突然就听不到铃声了。可是只要站在桌子上,又听到了铃声。下来,又听不见了。再走出去,就是站在桌子上也听不见了,但站在更高的地方,又听见了。回来,走到离铃20米的地方,声音越走近越响,但当他伏在地上的时候,又听不到铃声,而把头抬起来,又听到了。

这个实验,证明了声音在风的影响下会发生曲折。地面的风速总要小些,因为地面有房屋、树木等的阻碍,因而在逆风的方向上,声音在地面传播得快,上面慢,所以声音就向上折射。顺风,情况相反,声音在上面传播得快,地面慢,因而声音向下折射。

声音在传播中的变向,不仅在日常生活中可以找到,就是在重大的历史事件中,也是屡见不鲜的。举个例子吧:那是在1815年6月,在有名的滑铁卢战役中。一天,在滑铁卢战役的紧张关头,拿破仑的将军戈洛西赶到了离开战场25千米的地方。本来他可以选择适当的时机投入战斗,但当时他和他的军团没有一个人听到开战的炮声,因而没有援助拿破仑。事后,知道离开战场更远的地方,隆隆的炮声却清晰可闻。这种听不到声音地区,叫静寂区。戈洛西等人所以听不到炮声,正是因为他们处在静寂区里的缘故。

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大爆炸的静寂区

1921年6月9日,莫斯科近郊发生大爆炸,经过调查,发现在半径70千米的范围内,爆炸听得清清楚楚,以后一直到半径为160千米的范围里什么都听不见了,而更远的地方,甚至在800千米远的地方也听到了这个爆炸声。

从前,有一位寺庙老方丈要出门远游,别的不担心,就怕自己出门后,山中寺庙那帮年青弟子没人看管,每天不坚持诵经修炼,会无法无天起来。于是,他临出门前叮嘱寺庙小和尚一日早中晚三次敲钟诵经,一天也不得松懈。然后,他又悄悄地拜托了山下一位好友帮忙暗中监督,这才放心出了门。

等老方丈远游了一个多月回来,还未进寺庙门,先到好友屋。好友告诉他说:“哎呀,果真如你所料,那帮小和尚在偷懒呢。我每天只听见早晚的钟声和诵经声,中午压根儿就没听见一声,想必他们中午在偷懒了。”方丈一听气坏了,三步并作两步跑回寺庙,大发雷霆,大骂弟子们。小和尚们摸不着头脑,莫名其妙,大叫冤枉,并且说:“师父,自你走后,我们一天到晚三次敲钟诵经,从未松懈!”

咦,到底是谁在说谎呢?

其实是方丈的老友冤枉了小和尚们。不过,这也不是方丈老朋友的错,怪只怪那会拐弯的声音。

声音会拐弯吗?对!只不过我们不大了解罢了。

我们知道,声音是靠空气来传播的,可是声音有个怪脾气,它在温度均匀的空气里,是笔直地跑的,一碰到空气的温度有高有低时,它就尽拣温度低的地方走,于是声音就拐了弯了。

白天,太阳把地面晒热了,接近地面的空气温度远比空中来得高。钟声发出以后,走不多远就往上拐到温度较低的空中去了,因此在一定距离以外的地面上,听起来声音就不清楚。再远一点,人们就听不见这个声音了。夜晚和清晨,刚好相反。接近地面的气温比空中来得低,钟声传出以后,就顺着温度较低的地面前进,于是人们在很远以外也能清晰地听到声音。正因为这样,老方丈的朋友只在早晚听到山上寺庙的钟声,中午的钟声就听不到了,因而冤枉了小和尚们。

声音的这种脾气,会造成很有趣的现象。在炎热的沙漠里,地面的温度很高,在50~60米以外,有人在大声呼喊,远处的人们却只见他嘴在动,什么也听不见。这是由于喊声发出后,很快就往上拐到高空中去了。而在北方的冰海雪原里,地面的温度比起高空来低很多,声音全都沿着地面传播,因此人们大声呼叫时,能传播得很远,甚至1~2公里外也能听见。

如果有的地方接近地面的大气温度变化得厉害,这里高,那儿低,那么声音拐到空中以后又会往下拐,往往造成很奇怪的现象。例如在1923年,荷兰有一个军火库爆炸,在100~160公里的地区内没有听到,可是在1300公里的地方却听到了,这就是声音在空气中多次拐弯造成的。

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滑铁卢战役中的静寂区

声音在传播中的变向,不仅在日常生活中可以找到,就是在重大的历史事件中,也是屡见不鲜的。举个例子吧:那是在1815年6月,在有名的滑铁卢战役中。一天,在滑铁卢战役的紧张关头,拿破仑的将军戈洛西赶到了离开战场25千米的地方。本来他可以选择适当的时机投入战斗,但当时他和他的军团没有一个人听到开战的炮声,因而没有援助拿破仑。事后,知道离开战场更远的地方,隆隆的炮声却清晰可闻。这种听不到声音地区,叫静寂区。戈洛西等人所以听不到炮声,正是因为他们处在静寂区里的缘故。