tzp39215819707的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/tzp39215819707

博文

奇,声波也能在真空里传播

已有 20473 次阅读 2019-3-5 23:29 |个人分类:空气力学|系统分类:科研笔记

      “差之毫厘,缪以千里”  ,在科学上尤为如此

       人们常看到这种现象:电磁波能在真空任意传播,但声波却不能。科学家也一直认为声波几乎不可能穿越真空。事实上这是个大误会。我们深入研究后发现,声波同样能穿越 真空传播。这一发现极具研究价值。

       声波(Sound   wave),是声源振动在媒介中的传播;是媒介粒子偏离平衡态的小扰动的传播。以往,物理学家对声波特征:周期、频率、干涉、衍射等研究很深刻。但对媒介中声波传播的精细过程研究太少。因此,极少有人了解声波穿越真空这一事实。


        声波如何穿越真空?首先,从声波如何穿越空气开始。

         空气,良好的声波媒介,但稀薄空气就不一样了。当空气稀薄到一定限度后,声波便无法再传播了。为什么呢?这个问题看似简单,实则隐藏着复杂奥妙。

          今天,我们就来探寻这个奥妙:稀薄空气为何无法传递声波?

         原来,空气分子有两个重要属性:“分子力”和“真空间隙”。

         1)分子力:压缩空气会遇到强阻力,这阻力就是空气分子间天然斥力——分子力。它是传递声波振动的纽带。没有分子力的帮助,声波根本无法传播。

          2)真空间隙:实验得出,“气态空气体积”是超低温下“固体空气体积”的一千多倍,显然,常态空气的分子距离很大,分子之间存在着小真空。或者说,空气分子之间有较大的空隙——“真空间隙”。

           因为空气分子斥力,分子间无法直接接触,不能以分子碰撞传递声波振动,必须借助“分子力”,把振动从一个分子传到下个分子上,来实现分声波传递。因此,精细的声波传播过程分为两步:

            一、声波振动穿越分子间“真空间隙”;

            二、声波振动在每个分子上有短暂滞留、传递过程。

            空气中的音速也分解为两部分:

            其一,声波振动穿过“真空间隙”时的速度(这部分速度应为光速,因为分子力本质上是电荷力);

            其二,声波在每个分子上滞留、传递时的速度。此速度由分子弹性决定。

             决定音速的主要因素是分子弹性,弹性大,音速就大。所以,固体、液体中音速更大。

            我们终于发现:声波穿过了空气分子间的小“真空间隙”。

             但是,声波为何不能穿过稀薄空气间更大“真空”呢?

             最关键因素是:分子力变小了。当空气逐渐稀薄时,分子距离拉大,分子力变弱,已无法使声波振动跳过分子间隙。所以,空气的分子力,决定了声波只能穿越小真空。

            假如:相距10米的两个分子间,仍能传递声波振动,那么声波就能穿越近似的真空了。

             

             本文还有个重要目的:借声波穿越小真空的事实,更清新理解电磁波穿越真空真正原因。

              声波被分子力限制,不能穿过稍大的真空就。电磁波为何不受限制呢?能穿越广阔真空呢?

               电磁波的传播奥秘:

              事实上,电磁波有两种传播方式:有线电磁波(媒介传播)、无线电磁波(真空传播)。

              1)有线电磁波(如闭路电视信号)

              为了理解清晰,先做一个简单实验:

              第一步:把线圈切割磁场一次,线圈自由电子便进退一次,并产生1赫兹电子振荡信号,用导线远距离输出后,输出导线的自由电子迅速传递振荡,于是,电子“进退”信号传遍整个电路。显然,电子成为传递振荡的媒介。

               第二步:线圈切割磁场提高到50次/秒 ,即线圈电子“进退”频率50赫兹。同样,导线自由电子会把50赫兹的电子进退信号传递整个电路。

               第三步:把导体內电子“进退”频率提高到1亿次/秒(只能用LC电磁振荡器产生了),同时在此信号上加载音频、视频信号,这就变成了有线电视信号了。

              从实验可看出,有线电磁波传播与声波传播非常相似,声波以分子为媒介传递声源振动;而有线电磁波以电子为媒介传递电子振荡信号。而且,以电子为媒介有突出的优势:

               一方面,电子质量极微小,因此,电子有超高的频率,且激发电子振荡所需能量极小。另一方面,电子间斥力却非常强大,例如:

                 两个电子相距1mm,其斥力F=2.31×10(-22次方)牛顿(按库仑定律计算,计算略)。F能使电子产生2.5×10(8次方)m/s2的加速度。这个斥力对微小电子是惊人的。

                2)无线电磁波(真空电磁波)传播过程

                在“LC电磁振动器”中,其电容极板上可轻松储存十万亿个电子,这十万亿个电子能对100公里外的导体电子产生2.3×10(-23次方)牛顿的斥力。

                这个斥力对导体中自由电子是很强的。因此,当电容极板上十万亿个电子高频振荡时,100公里外导体內自由电子就会共振,获得信号电流。电容极板电子振荡,带动100公里外导体自由电子共振。因此,电磁波也穿越了100公里的广阔真空。

                 目前,电磁波究竟是什么,科学上还没有令人信服结论,很多学者认为电磁波以光子传播,具有波粒二像性,这对于光来说还好理解,但无线电磁波能轻易拐弯,这就说不通了。电磁波还有待人们深入探索。

            



https://blog.sciencenet.cn/blog-1357553-1165912.html

上一篇:诺奖季感慨:中科学界为何依然如此沉闷
下一篇:书法天地
收藏 IP: 36.157.234.*| 热度|

2 张国宏 吴鹏飞

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (2 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-24 18:31

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部