我们的耳朵真的可以听出热水和冷水的声音吗?进来试试!
实验器材
大小烧杯、热水壶、所标杯
请各位同学们准备好!仔细听,看看以下两段音频有什么区别呢?
是不是前者更沉闷连贯,后者更清亮活跃呢?
分析倒水的物理过程,倒水时发出的声音来源于四部分:水撞击容器的声音、水相互撞击声、倒水时产生的气泡发出的声音(如果没有气泡产生,水会很安静地汇合),以及容器内空气柱振动的声音。
根据生活经验,我们是跟根据水的声调来判断水瓶是否装满了水,这是因为水的倒入会带动水上方的瓶内空气柱振动,当水快装满时,空气柱体积也逐渐减小,于是空气柱振动频率加大,我们听到的声调也越高。
所以为了减弱空气柱振动发声的影响,我们将一大一小的烧杯叠放。当小烧杯装满水后,水继续倒入时,热水和冷水倒入时发出的声音受小烧杯内空气柱的影响就消失了。
但当水的温度不同时,倒水时产生的气泡状态不一样,发出的声音也不一样。
为什么倒热水和冷水时声音不同呢?根据以上实验内容,这份差异聚焦在了倒水时产生的气泡状态不同,不同的气泡状态能产生不同的声音,气泡在形成、运动和破裂过程中都伴随着声音,小气泡比大气泡振动快,产生的声音频率更高,所以产生更多大气泡的热水和产生大量小气泡的冷水,一个声音更低沉,一个更清脆。
为什么倒热水更易形成大气泡,而倒冷水更易形成小气泡呢?水倒入时,特别是水流冲击液面时,外部空气很容易被一起卷入水中,形成气泡。热水粘度低,表面张力小,更容易包裹空气形成大气泡,热水温度高,气体也更易膨胀变大;而冷水的高表面张力更易快速破裂气泡,此外,冷水溶解的气体比热水多,当水相互冲击是形成局部低压,促使溶解的气体析出,更易形成小气泡。