书城童书物理知识知道点:走进声音世界
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第12章 听水“说话”

水是会“说话”的。听听水的声音,可以判断水的状况。

把满满的一瓶子水倒出来。听!水在噗噗作响。用墨水瓶、啤酒瓶、暖水瓶做这个实验,它们发出的声音是不同的。

这是因为水流出来的时候,空气要从瓶口挤进去,那一个个气泡钻出水面时会因压强变小而迅速膨胀,发生冲击,水瓶就这样“说话”了。

把水壶坐在火炉上,当水壶发出叫声的时候,那水并没有开。等水真正沸腾的时候,叫声又不是那样响了。“响水不开,开水不响。”水壶里的声息为什么能报告壶里的情况呢?

坐在火炉上的水壶,壶底的水最先热起来,于是那里就产生了气泡。这些气泡温度很高,水的压力不能把它们压破,水的浮力却让它浮向水面。而气泡浮到了上边的冷水层,就把热量传给了冷水,自己的温度降了下来。气泡温度一降,里面的压力也小了,抵挡不住水的压力,就被压破了。水的分子乘机冲入气泡,发生了撞击。气泡浮上来的多了,这种撞击声就会大起来,所以水壶发出“叫声”的时候,它并没有沸腾。水在大开的时刻,水中的气泡大都钻出水面冲向空气,这时的声响当然就会变成哗啦哗啦的了。

人被烫着的时候会喊叫,水挨烫时也会“尖叫”。

把几滴冷水滴在烧红了的炉盖上,听!它咝咝地“尖叫”了。烧水做饭时我们常常会听到这种声音。

水当然没有知觉,它挨烫时“尖叫”是由于它在急速地变为汽。炉盖或红煤球的温度很高,水滴到上边马上变成了水蒸气。一滴水变为汽,体积大约要膨胀1000倍以上,这样就扰动了周围的空气,发出了声音。

提一壶冷水,向地面上倒一点。你听到的是清脆的噼啪声。提一壶开水,同样向地面上倒一点,你听到的则是低沉的噗噗声。

为什么冷水和开水倒在地上发出的声调不同呢?有人解释说,这是由于冷水里含的空气多,而开水里几乎没有空气了。当冷水浇到地上的时候,水和水里的空气同时跟地面撞击,所以发出的声音比较清脆。开水倒在地上,就只有水跟地面撞击,所以发出的声音比较低沉。

这种解释是否确切,可以看看冷开水倒在地上会发出怎样的声音。

把一壶煮开的水,每隔两三分钟向地下浇一次,同时注意听它的声音,你会发现,随着水温的降低,音调由低转高,由噗噗声变成了噼啪声。

这个实验是已故的科普作家顾均正先生设计的。经过他的研究,认为开水的声音是因为开水的温度造成的。当水温在100℃左右时,水的分子活动能力大大增加了,分子之间的吸引力大为减少,这种沸腾的水,不但表面的水分子在快速蒸发,而且内部的水分子也会争先恐后地跳出来变为汽,所以开水四周总是包围着一层水汽。当水倒到地面上时,水汽首先垫在上面,开水和地面之间有了这一层绒毯似的气垫,撞击的声调也就低沉多了。当水温远低于沸点时,液体内部的分子不再汽化,水柱落地再没有气垫的缓冲作用,声音也就变得清脆了。

我们可以用棉被和钢球来验证顾先生的理论。

从一定的高度向木床板落下一个钢球,听!那撞击声多么清脆。在床板上垫一床棉被,再让钢球(或其他重物)自由下落,听!声音发闷了。

小溪缘何潺潺地响

我们吹气球时,气球吹得太大了,它会“叭”的一声破掉。为什么气球吹破的时候会“叭”的一声响呢?

声音是由物体的振动引起的。当气球里面的气体装得太多了,压力很大,它们就要冲破这层橡皮薄膜喷出来,这时气体发生了强烈的振动,就发出了“叭”的一声。

小溪为什么老是潺潺地响?这个问题似乎跟我们吹气球没有什么关系,仔细一分析,道理却是一样的。因为小溪的水从高处往下流时,会将一部分空气裹在水里,在水里形成了许多小气泡,小气泡破裂时就发出响声。同时,小溪里的水冲到石块或凹凸不平的地方,也会引起空气的振动,空气振动就会发出声响来。在山石陡峭的峡谷里,这种潺潺的水声还会在山谷间回荡,不绝于耳呢。