声音的传递在初中的物理课本上已经简单的给我们进行了介绍,到了高中的时候,会结合其他学科的一些知识来应用到这其中,因此就变得比较的复杂,不像初中的题目那样的简单。本次我们来探讨的就是空心的铁棒,实心的木棒和实心的胶棒那个敲打地面的声音更大,在探讨了这些原理之后,想必同学们在物理声音的传递这一张章节上会有更多的认识。一起来看看。
声音的大小取决于撞击造成的振幅的大小,也取决于听者的位置。在相同的条件下:撞击力一样大,听者的位置也一样,等条件下,声音的大小就取决于木棒和铁棒在撞击力作用下的振幅了。假如两者一样长,一样粗,那么木棒的振动幅度更大,从而声音也更大。下面,我就从力学的角度,对比一下木棒与铁棒的声音大小。
1、发声的原因
声音来源于物体的振动,但是并不是物体发生振动就有声音。实际上人耳能够听到的声音的频率范围在16-20000Hz之间。低于这个范围的称为次声,高于这个范围的称为声。
以说话发声为例,气流从体内出来,经过声带,使得声带发生振动,从而产生声音。声带的振动引起空气的有规律压缩,声音就通过空气的压缩传播出去。在这里,个人经验告诉我们,用力嘶喊,声音就会大一些。
物体振动后,通过空气来传播。声波是纵波,通过压缩空气,玩外扩散。在扩散的过程中,存在着能量的耗散,所以越远,声音就会越小。
2、声音的大小
如前所述,人体发声的大小,取决于声带的振动幅度。用力嘶喊下,振动幅度变大,从而声音也就更大,所以声音大小的一个重要因素就是物体的振动幅度。那么什么是幅度呢?幅度就是振动时候的位移较大值。我们知道,物体振动的时候,其位移是来回运动的,那么这个来回运动的范围就是幅度。
此外,声音还有频率特征。频率的大小不影响声音的大小,但是却影响传播的远近。与无线电波一样,频率越高,传的越近。这样的话,相同振幅的,在距离较远处,频率高的就听不到了。
声音大小的另一个因素就是距离,相同频率、相同振幅,显然离得越近声音越大。这是因为声音的传播是四周型的,距离越远,总的能量就分散的越薄,单位面积下得到的能量就少了,所以听到的也就小了。此外,声音在传播过程中也会有能量的消耗。
3、铁棒与木棒对比
如前所述,声音的大小取决于振幅和距离。那么在相同的距离下,振幅的大小就取决于两者的受力响应了。
我们知道,铁的弹性模量是明显大于木头的,也就是说在相同的外力下,铁不容易发生位移。或者说,相同的条件下,铁的位移更小。所以,在同样的力作用下,相同尺寸的木棒的振动幅度会更大,从而发出更大的声音。
4、空心与实心没有影响
根据上面的分析,声音与振幅有关。空心与否,虽然会影响到振动的幅度,但是尺寸相差不大的情况下,这种影响就小了。至于说的空心的铁棒内,声音会来回反射,从而造成声音偏大,就有点瞎扯了。铁棒内部声音确实由于回音而变大,但是我们听的是在外面听的,外面不存在声音的叠加。
当然,如果是薄铁皮跟木棍相比,显然是铁皮棍子声音更大,因为它更容易振动。
5、总结
木棒由于更加容易发生变形,而振动的幅度更大,从而引起更大的声音。