一、固体传声
“截竹筒两枚,空其两端,各以一面用皮纸冒之,胶封甚固。两筒纸面相向。,取长数丈细线穿过之,使两人各执一筒,一人属口于此筒之空面,一人属耳于彼筒之空面,相去数丈,属口者随意言语,属耳者听之了了,他人不闻也。”
这是一个证明固体也能传声的实验。此实验在现行初中物理课本也能找到。实验中的装置,叫“传声筒”,或称“土电话”。很明显,当有人对着细线一端的竹筒(发话筒)讲话时,空气发生振动,它推动皮纸与细线振动。此时,细线另一端的皮纸也跟着振动,这样皮纸又带动竹筒(受话筒)内空气振动,把声音传给受话的一方。这里,话筒起着“共鸣”箱的作用。在中国古代,有人通过挖掘地道的方法向城内发起进攻,为了判辨敌方是否采用这一手段,就得使人侦察。《墨经》云:“令陶者为罂,空四十斗以上,固(顺)之以薄革,置井中,使聪耳伏罂而听之,审知穴之所在,凿穴迎之。”
仔细分析,上述“传声筒”与《墨经》中的“听瓮”相似。可以认为,“罂”相当于“听话筒”,敌人的地道相当于“发话筒”,而连接地道与罂里的泥土相当于“线”。不仅如此,“听翁”装置与当今有线电话也相似,如果把“听翁”装置说成是电话的始祖,应当是可以使人接受的。
二、刻鱼测雨
在中国古代,利用共振效应预测天气、地震、兵乱的例子不胜枚举。如:“石鼓,冀县有天鼓山,山有石如鼓,河鼓星摇动,则石鼓鸣,鸣则秦土有殃”;“陕州黄河有钟,大水小水常自浮出,每昧朔阴雨之日辄鸣,声响悲亮,行客闻之莫不怆然”;“康熙戊申六月十七日戌刻,山东、江南、浙江诸省,同时地大震……又天鼓鸣,钟鼓自鸣”;“汉武帝时,未央官前殿钟无故自鸣,三日三夜不止。诏问太史,待诏王朔,朔言恐有兵气。”
汉代有一个奇特的物理实验,仪器是用玉石雕刻的鱼。这种鱼可能为椭圆形、中空,髟耆尾皆具。实验目的是以鱼的鸣吼来预测天气。原文见《西京杂记》:“昆明池刻玉石为鱼。每至雷雨常鸣吼,髟耆尾皆动。汉世祭之祈雨,往往有验。”这个实验巧妙地运用了共振效应,效果相当不错。使那些不知原理的人。对石鱼产生敬仰,并顶礼膜拜。
我们清楚,风暴时,强风掠过海面会产生次声波,次声波和风暴怒吼的声波一起向四面八方传播,声波很容易被空气和大海“吃”掉,唯有频率很低的次声波在传播过程中能量损失慢、传播距离远。加之次声波比风浪速度快许多倍,它能成为风暴来临的警报。但次声人耳无法分辨,如果能制造一种仪器,将次声变为可闻声,那么这一装置就成为一种风暴报警器。石鱼就是这样一种装置:它张口,腹空,当次声波不断对它施以周期性外力时,石鱼作受迫振动。若声波的策动力频率与石鱼的固有频率成倍数关系,石鱼产生非线性共振,发出声波。其中,高频部分为可闻声。此时,石鱼“髟耆尾皆动”,其声学效应表现为大声“鸣吼”。
可见,“刻鱼测雨”实验有其坚实的理论基础,这些理论是在不断观察、分析中总结出来的。我国汉代就有如此奇妙的实验,这的确是炎黄子孙值得骄傲的事情。
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