生活中的初中物理(5)—— 笛子奏出欢乐曲

2019-10-29 20:15:28

  生活中的乐器有很多种。根据一般的分类方法,乐器可分为三种:管乐器、弦乐器和打击乐器。利用这些乐器,我们可以演奏出各种不同的乐曲。口琴、钢琴和胡琴这类乐器能奏出各种乐曲,我们不会感到奇怪,因为口琴里面有,钢琴里有粗细不同的钢丝,胡琴上边又有琴弦。这些乐器上的、钢丝和琴弦振动时,就会发出不同响度、音调和音色的声音,奏出各种乐曲。一根用竹管制成的笛子,里面只有空气,人们也只在它侧面的不同部位上开了几个小孔,为什么也能吹奏出很多乐曲呢?

  声音是由物体振动产生的。人们在用口琴、钢琴和胡琴演奏乐曲时,口琴里的、钢琴里的钢丝和胡琴的琴弦发生了振动,它们就发出了声音。当我们吹笛子时,用嘴对着笛子的吹气孔吹出了一条又扁又窄的气流,这个气流使笛子管内的空气柱振动发出声音。那笛子发出声音的音调、响度和音色跟什么因素有关呢?

  有一个实验,大家天天都在做,但我们又都很不经意。

  放在炉子上的水壶里的水烧开后,我们会马上把壶里的开水倒入保温瓶里。当向空瓶里倒水时,刚开始听到的是低沉的“咚咚”的声音。随着瓶内水位的升高,听到声音也变得尖细起来,它的音调升高了。当我们听到的声音的音调升高到一定程度时,就可以判断保温瓶里已经灌满了开水。这样,通过声音音调的变化,不用向瓶中看,就可以知道瓶里的水是不是倒满了。

  大家知道,空气柱振动会发出声音,声音的音调和空气柱的长度有关:空气柱越长,发出声音的音调越低;空气柱越短,发出声音的音调越高。当我们向保温瓶内灌开水时,听到的声音是由瓶内水面和瓶口之间的空气柱振动产生的。当把开水倒入瓶内时,这些开水就搅动了这条空气柱,使它振动发出了声音。随着倒入瓶内开水的增多,瓶内空气柱的长度变得越来越短,空气柱的振动越来越快,我们听到的声音的音调也就越来越高。

  笛子就是利用管内空气柱的振动发声的。我们在吹笛子的时候,总是用手指堵住它侧面的不同的小孔,从而控制笛管内空气柱的长度,进而改变笛子发出声音的音调。笛子内空气柱的长度是吹气孔到第一个被被手指放开的那个侧孔间的距离。如果用手指把侧孔全都堵上,笛管里面就形成了一条最长的空气柱,这时笛子会发出最低音调的声音。如果用手指只把离吹气孔最近的那个侧孔堵上,笛管里面的空气柱最短,这时笛子就会发出音调最高的一个音。这样,人们在用笛子演奏乐曲时,根据乐谱的要求,用手指不断地堵住或者放开不同的侧孔,就可以改变笛管内空气柱的长度,吹出音调不同的声音,演奏出优美的乐曲。我们还要明确的是,笛管的粗细、形状、管壁的厚度、侧孔和吹孔的大小及其形状,以及最后一个侧孔以下管的长度等,都会影响笛子发出声音的音调。不仅如此,就是演奏者吹奏的状态,也会影响用笛子发出声音的音调。

  除了笛子,像单簧管、小号、圆号、萨克斯等一类管乐器,也都是由管内空气柱的振动发出声音的。

  实际中,人们不仅利用空气柱的振动制成了管乐器,而且还利用空气柱的振动制成器具来防止。在我国,很早的时候人们就利用空气柱的长度和振动来校准尺子,以防止污吏大尺收税小尺上缴。具体的方法是,做一个粗细一定、长为9寸(合3dm)的管子,名字叫黄钟律管,作为尺子的标准,各地政府依据这个标准,制造出同样的律管做为尺子。在检查地方官吏制造的尺子是否符合标准时,总是带上黄钟律管。到了检查的地方,将黄钟律管放在一个适当的地方,让随从中的专门人员把地方官吏们制造的律管吹一吹,看一下放在它附近的黄钟律管是否能发出声音,也就是是否产生共鸣。这时因为,如果某一个地方制造的律管和黄钟律管相差一点点儿的话,黄钟律管就不会产生共鸣,当然也就不会发出声音了。

  看,我们的先人们善于利用物理知识吧!作为现在的当代人,看完后,你有什么感想?

  作者:牛云景