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研究土電話

2023年08月13日

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  你可能早就玩過「土電話」了:用粗棉線栓上兩個紙盒,一人對著紙盒講話,另一人把紙盒貼在耳朵上。就聽到了聲音。
  聲波怎樣在繃緊了的棉線里傳播呢?我們不妨改進一下「土電話」的實驗,研究一下那根棉線上的聲波。
  找一段小線,在線中間拴上一面小鏡子,線的一端拴在椅子背框上,線的另一端穿在一個較大的紙盒子上。拿住紙盒子,把線繃緊,讓陽光照到鏡子上,鏡子的反射光線映到牆上。線繃緊之後,鏡子穩定下來了,它反射出來的光斑也就不再晃動了。敲一下紙盒,紙盒發出了聲響,與此同時你會看到,鏡子反射出的光斑晃動了,它上下左右地搖晃著。
  這個實驗說明,聲波在小線里傳播時,出現了比較複雜的情況:拴著鏡子的那一點既有上下振動,又有前後振動。
  我們再看一看長紙板傳聲的情況。
  找一塊長紙板,在紙板上放幾小塊紙屑或瓜子皮。敲紙板的一端,另一端聽到了聲音。同時觀察小紙屑或瓜子皮,它們上下前後胡亂地移動著位量。
  

  這個實驗說明,固體表面傳播聲波時,也出現了複雜的情況。
  1885年著名的英國物理學家瑞利在理論上指出,聲波在固體表面傳播時,會出現一種奇妙的表面聲波。表面聲波是在固體表面上傳播的聲波,它既不同於橫波也不同於縱波,而是兩者的合成。1900年英國地震學家根據地震儀獲得的記錄,證實地震時地表面確實存在這種奇異的波,並且把它命名為瑞利波。表面聲波有許多種,瑞利波只是表面聲波的一種模式。
  表面聲波並不神秘,你把石頭扔到水裡,在聽到聲響的同時會看到水面上蕩漾起一個接一個的波紋,那就是在水面上傳播的一種表面聲波。那水面就是兩種介質的交介面。
  儘管人類對聲波的研究已經有幾百年的歷史,表面聲波技術卻是最近二十幾年才興起的。1965年美國科學家懷特發明了一種儀器叫「叉指換能器」,這種儀器可以使電信號產生表面聲波,也能使表面聲波產生電信號。從此,表面聲波技術就在電視廣播、通訊、雷達、電子計算機等各項技術中大顯身手了。
  

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