书城童书物理知识知道点:走进声音世界
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第17章 从振动说起

磬发出了响声,说明它在振动,所以,要揭开声音的传播之谜,还要从振动说起。

找一个皮筋和一把锁,把锁拴在皮筋上吊起来(比如,挂在门框上),不要让锁头和其他物体相碰。用手拉一下锁头,看!它上下振动起来了。如果你有秒表,可以测出它的频率。你会发现,不管你测多少次,它的频率总是那么多,原来每秒钟振几次,后来还是每秒钟振几次。

换上另一把锁或者改用另一根皮筋,它的振动频率就会发生变化。

如果使物体振动起来以后,不再对它施加外力,任其自然,这种振动就叫自由振动,也叫固有振动。皮筋拉着锁上下的振动就是一种自由振动;对皮筋锁振动频率的测定说明,物体在自由振动时,它的频率是一定的,这个频率就叫这个物体的固有频率。声源的振动也是如此。用筷子敲一下玻璃杯,玻璃杯发生了自由振动,我们听到了响声,敲一下钟,打一下磬,都会引起它们的自由振动,钟声和磬声都是由自由振动发出来的。

声音的传播与利用缝纫机缝针的上下振动找一个玻璃杯,用筷子敲几下。听!它每次的声调都是一样的。给玻璃杯里装上水,再敲的时候,声调变了。

这说明,物体自由振动时的固有频率是由它本身的各种条件决定的。皮筋的弹性、小锁的质量决定了皮筋锁的固有频率。玻璃杯里边有没有水,决定着玻璃杯的固有频率。固有频率不受外力影响,不管作用于它的外力是小是大,它的振动频率总是一定的。

还有一种跟自由振动不同的振动。

用脚踏动缝纫机的踏板,使缝纫机转动。看!上边的缝针上下振动了,与此同时发出了咯嗒咯嗒的声响。慢些蹬,缝针振动得就慢;快些蹬,缝针振动得就快。它的振动频率完全由你脚的动作来决定。

这跟自由振动不一样,它的振动是被迫的,因此叫受迫振动。你蹬缝纫机时用的力叫周期性外力,也叫策动力——一会儿向下,一会儿向上,有规律地变化着。这个策动力也有个频率,受迫振动的频率是和策动力的频率一致的,所以你蹬得快,针头上下穿梭得也就快了。

机器开动时引起的机座振动,小同学在架空的木板上跳动时引起的振动,都是受迫振动。你还能举出一些受迫振动的例子吗?