發出聲音的本質一定是振動嗎?

時間 2021-05-11 18:26:56

1樓:

聲音是一種可以傳播的能量。能量用頻率表示,傳播速度取決於媒介。

電磁波也是一種可以傳播的能量。能量用頻率表示,真空中是光速,媒介中被折射率減速。

碰撞是能量或動量轉移的過程,可以產生傳播的能量。

另外,聲音一般指我們人耳可感知的頻率範圍。範圍以外的頻率段需要頻譜分析儀來感知。

2樓:萌叔哦賣糕

題主所說的所謂「碰撞」是不存在的。因為微觀世界和我們生活尺度中的巨集觀世界很不一樣。

首先,聲音必然是振動產生的,這是毋庸置疑的。所謂振動,就是有去有回,並且這個去和回都遵循一定的時間規律。比如當你扇扇子的時候,你的扇子就有去有回,而你每秒扇扇子的次數就是這個振動的頻率。

音叉振動的時候,它的振動形式確實就是通過推動附近的空氣中的氣體分子(我們要避免用「空氣分子」這個詞,因為沒「空氣」這種元素!空氣的組成有氮氣,氧氣,二氧化碳等等),這些氣體分子再推動它們附近的氣體分子,這種運動一直傳遞到你耳膜附近的氣體分子,這些氣體分子再將振動傳遞給你的耳膜。至此,聲音的傳遞就達到了。

再次強調,這裡所傳遞的振動形式,是一種往復運動。這也是我們把聲波歸為縱波的原因,因為它的振動方向和傳播方向一致。

我們可以簡單粗暴地把這個過程想象成音叉和你的耳朵之間有一排小球,音叉振動的時候,它推動旁邊第乙個小球,這個小球再推動下乙個,如此類推,直到最後乙個小球推動你的耳膜。

然而這個振動到這裡只完成了一半。所謂振動,就是有去有回,接下來音叉還要往回運動(如果不回來的話音叉就會越來越開,最後就不再是音叉,而是劈叉),那麼它又拉動了附近的那個小球,這個小球又把旁邊的小球拉回來,如此類推,最後乙個小球把你的耳膜拉回來。

所以你的耳膜才能在它的原始位置兩側來回往復運動。

氣體分子之間在傳遞聲波的過程中並不像我們巨集觀世界裡的小球那樣產生了碰撞。它們之間是相隔十萬八千里,完全不接觸的。

因為——如果我們假設它們之間的力的作用是巨集觀世界的那種「碰撞」,那麼將無法形成振動的傳遞:假設你在小球的宇宙中,你周圍浮滿了小球,你可以用力把身邊的乙個小球推出去,這個小球再推旁邊的小球;但是當你把手再收回來的時候,這些小球不會跟著你的手再收回來。所以這裡傳遞的並不是乙個振動,而是乙個單向的力。

這種單向的傳遞發生在氣體中,就不叫聲音,而叫颳風。

那麼!!!氣體分子是如何做到有去有回呢?

這裡就要祭出聲學裡對氣體分子運動所做的歸納了:它們在運動中,符合「慣性定律」和「能量守恆」定律。前者所說的,正是小球被推出去之後,還能像彈簧一樣再彈回來。

因為空氣分子雖小,但也有質量,所以當音叉對氣體分子做功的時候,其振動能量會有小部分損耗,所以聲音傳遞過程中會發生衰減。題外話:聲學中不認為這種做功會產生熱量,聲學的話題一般都是絕熱的。

這也可以解釋為什麼不論是300Hz的振動還是3000Hz的振動,雖然它們激勵小球振動的快慢速度差了10倍,但它們通過小球將這個振動傳遞出去的速度——也就是聲速——是恆定的(通常狀況下大約340公尺每秒)。

那麼也許你也要問:既然氣體分子不接觸,那麼它們為什麼不簡單地被擠到一塊,而是要保持距離?這個其實初中化學就已經學了,不管是分子還是原子,外圍都有一團「電子雲」,也就是乙個或多個電子在原子核周圍飛來飛去。

電子帶負電,彼此之間「同性相斥」,所以可以讓氣體分子之間始終保持距離!至於這個距離是多少,我懶得查了,我就記得這個距離比分子本身的尺寸還要大很多很多。。。大概就像地球和月亮那麼遠?

如果這個距離被壓縮到一定程度,氣體密度增大,在某個值就變成液體。進一步被壓縮,就變固體。再壓縮下去可能就要核聚變了。坍縮,中子星,黑洞什麼的。這已經超出了聲學的範疇,略。

同樣地,我們的巨集觀世界和微觀世界其實有很大很大的區別。在我們日常生活中,氣體分子之間的碰撞是幾乎不會發生的。不僅如此,固體分子之間也很難接觸。

當你和你女朋友親嘴的時候,你以為你們嘴唇真的挨到一起了嗎?並沒有。

3樓:蒼茫

發出聲音的機理有很多種,普通人理解的音叉振動只是比較普遍的一種,除此以外,風的擾動、水中的氣泡,它們的發聲機理都有很大不同。這算是對題目字面意思的回答。

不過從描述來看,題主想問的其實是聲音傳播的機理。聲學的基本控制方程,也就是波動方程,你去看任何一本聲學教材,它的推導過程必然有熱力學方程的參與,也就是將介質團的壓縮、舒張的交替過程看作是等熵絕熱過程。而熱力學方程是大量氣體液體分子在做熱運動時所遵從的統計規律,並不是描述任何特定粒子運動的方程。

簡言之,介質的分子,離子撞擊耳膜當然是客觀存在的事實,但我們用振動的形式去描述這些微觀粒子運動的統計規律是最為有效的。

4樓:11degrees

從微觀上來說,撞擊是肯定存在的,因為它是振動能夠傳播的必要條件,在真空內沒有空氣分子間的撞擊,當然振動就無法傳播,聲音也就被阻斷了。而且波的要素需要振動才能滿足,如果只是碰撞,頻率是沒法定義的...

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