打字猴:1.70107736e+09
1701077360
1701077361
1701077362
1701077363
1701077364 图12.14 电子的双缝干涉实验
1701077365
1701077366 图片取自维基百科Double-slit experiment词条,该实验照片由Dr. Tonomura拍摄
1701077367
1701077368 读罢本章,想必你对量子物理感觉更加迷惑了,那么请找来大师费曼写的小书《QED: the strange theory of light and matter》(中译本《QED:光和物质的奇异性》),跟随量子物理的祖师之一来学习这上乘的功夫吧。
1701077369
1701077370 [1].后来我发现世界上其他很多国家都有这首古老的歌曲,英文叫做“Twinkle twinkle little star”,德国、法国也有。而且据维基百科说这首小曲还给了诸多音乐大师创作的灵感,如莫扎特、巴赫、李斯特等。
1701077371
1701077372 [2].在量子物理中,我们通常用电子伏特而不是焦耳来作为能量的单位。这样就能把微观世界和宏观世界的物理量更清晰地联系起来。
1701077373
1701077374
1701077375
1701077376
1701077377 我们都是科学家:那些妙趣横生而寓意深远的科学实验(修订版) [:1701074937]
1701077378 我们都是科学家:那些妙趣横生而寓意深远的科学实验(修订版) 13 大音叉 小音叉
1701077379
1701077380
1701077381
1701077382 一分钟简介
1701077383
1701077384 本章介绍各种音叉的有趣故事。通过测量普通音叉在发声时声音强度在空间中的分布,我们可以探索声波的干涉现象,并澄清一个由来已久的误解。然后我们将目光转向无处不在,但又常被人忽视的石英小音叉,来看它在现代前沿物理实验中的奇妙运用。
1701077385
1701077386 闲话基本原理
1701077387
1701077388 音叉,可能大家都听说过,或许不少人还见过,一般它是由铝或铜做成,可以发出长久悦耳的单音。给吉他或其他弦乐器调音的时候,我们可以用音叉发出的音作为基准来调节琴弦的松紧度。图13.1展示了一个我自己通过弯折一根铝条做成的山寨版音叉。虽然其貌不扬,但是的确能产生悦耳的单音,并达到“余音绕梁,十秒不绝”的效果。
1701077389
1701077390
1701077391
1701077392
1701077393 图13.1 其貌不扬的音叉
1701077394
1701077395 但是,为什么音叉要做成这么奇怪的形状呢?你或许注意到,如果握住一根金属条,直接敲击地面,它只能发出非常沉闷的声响,而且很快就消失了。但如果把这根金属条从空中坠落,撞击地面并被弹回,我们就能听到清脆的声音,在金属条最终“歇”在地面上之前,这个声音都会不绝于耳。这是因为金属条被撞击以后发生振动,如果它是被手握住的,则振动传递到手上很快就衰减了,所以它发出的声音短促而沉闷;如果它是悬空的,则被撞击时获得的弹性势能可以储存在金属条里,慢慢地衰减,从而使得金属条长久地振动,发出清脆悠扬的声音。你可能会问,音叉也是被人握在手上,为什么它会发出清脆的声音呢?我们来看图13.2。
1701077396
1701077397
1701077398
1701077399
1701077400 图13.2 音叉发声过程
1701077401
1701077402 图13.2描述了一个音叉被撞击以后发生的情况。假设它的右臂被敲击了一下,那么它的尖端部分会向左弯曲(图中进行了夸张),并且由于获得敲击给予的动量,整个音叉都试图朝左边运动。由于惯性作用,音叉左臂靠近尖端的部分运动得比底部靠近横梁的部分要慢一些,所以它就会向右弯曲(图中进行了夸张)。这样两根金属臂就都储存了弹性势能。并且由于两臂的质量、材质、形状都一样(换句话说,它们具有相同的弹性系数),并关于把手对称,所以很快左右两臂的振动幅度就达到一致了,且相位恰好相差180°,即它们的运动方向刚好相反。这样一来,两臂在振动中对于横梁的作用力总是相抵消的,在横梁正中间的把手不会感受到左右的振动。储存在音叉两臂中的弹性势能不会通过握住它的手衰减,而只会通过与空气摩擦,以及金属材料变热来缓慢地消耗,所以音叉通常能发出很长久的声音。如果突然握住其中的一臂(不需要握住两臂),则由于图13.2中对称的运动方式被破坏,另一臂的振动也很快地通过把手衰减,声音就会戛然而止。
1701077403
1701077404 通过这种对称的结构来产生悠扬声效的乐器可不在少数,如山寺古钟,横截面铸成圆形,悬挂点是圆心。撞击以后悬挂点并不感受到振动,弹性势能衰减缓慢,所以大钟才能持久低吟,激起闻者的万千思绪和诗情。
1701077405
1701077406 除此之外,音叉还有一个有趣的特点,就是如果绕着正在发声的音叉一周(或者在耳边旋转音叉),我们能听到忽高忽低的声音。我记得似乎是初中物理课上,老师给我们演示过这个现象。教科书上解释说,这是由于音叉两臂所发出的声波彼此干涉,在空间中有些地方干涉相消,有些地方干涉相长,所以才会有这种声音强度的变化。不像光波的干涉随处可见,声波的干涉是生活中颇为稀罕的事情。所以如果我们能定量地测量这种现象,从而推测出声波的波长,这将是个有趣的实验。
1701077407
1701077408 动手实践
1701077409
[ 上一页 ]  [ :1.70107736e+09 ]  [ 下一页 ]