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亥姆霍兹共振与反常亥姆霍兹旋转木马 精选

已有 12072 次阅读 2013-7-19 12:55 |系统分类:科普集锦|关键词:亥姆赫兹共振,亥姆赫兹旋转木马| 亥姆赫兹共振, 亥姆赫兹旋转木马

早一段时间读武际可刘全慧二位老师关于亥姆霍兹共振以及亥姆霍兹旋转木马的文章,觉得很有趣。对空腔发声以及很多乐器的原理都理解得深入了一些。其中刘全慧老师关于亥姆霍兹旋转木马的那个实验,材料简单,现象有趣,顿时心痒,于是斥巨资买了两瓶300毫升的水,得到两个亥姆霍兹共振腔。

通过吹气进去发声,并用电脑记录下来,通过免费软件Sonic Visualiser分析,得到其共振频率为292赫兹。而通过理论计算得到的共振频率为400赫兹左右,可见理论公式还是比较粗糙的。

接下来就是把两个瓶子和一根木杆做成一个扭称的形状。然后用电脑产生292赫兹的声波,并通过扩音器放出来。按照预想,当外界声波与瓶子产生共振时,瓶子内部空气剧烈震荡,产生于外界声波同频率的声波。但是这个声波只能从瓶子开口出发射出去,如图一所示。这样瓶子就不断地从瓶口向外传递声波动量。由于反作用力的影响,扭称就应该开始如图二所示旋转起来。


图一:亥姆霍兹共振时,瓶子的动量转移。  

图二:亥姆霍兹旋转木马的转动方向。


然而,我并没有看到这种有趣的现象。很有可能的原因是我的扩音器不够响,因为我只有两个电脑的小音箱,而网上做过这个实验的人用的都是比较大的音箱。

为了加强效果,我把扩音器凑到瓶口附近,试图产生更大的推力。然而有趣的是,瓶子不但没有被推开,反而被吸附向了扩音器。这个现象可以在下面的视频中看到。而且这种吸附只发生在外加声波频率与瓶子共振时,如果偏离共振条件,即使扩音器凑得再近也不会对它产生任何可以观察到的作用。

暂时我的理论是当扩音器和瓶子靠得如此近的时候,扩音器的薄膜前后振动就会对瓶子产生一个一推一拉的力。按道理这个力平均起来应该为零。但是由于瓶子的响应与扩音器的薄膜之间有一个相位差,所以就有可能导致平均起来有微弱的吸引力了。各位看官不妨提出自己的理论。科学网似乎视频有问题。请点击视频地址:http://p.you.video.sina.com.cn/swf/quotePlayer20130718_V4_4_42_3.swf?autoPlay=0&actlogActive=1&as=1&vid=110088337&uid=1907350525&tHostName=blog.sciencenet.cn 

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