閃電會(huì)“唱歌”，公路能“奏樂(lè)”？真的！北交大教授揭秘背后的秘密

閃電會(huì)“唱”《新年好》

公路能“奏”《歡樂(lè)頌》

不相信嗎？

本期“巾幗科普公開(kāi)課”特邀

北京交通大學(xué)物理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心副教授

陳征

為青少年帶來(lái)

《五音六律里的科學(xué)》主題講座

陳征用

通俗幽默的語(yǔ)言

上了一場(chǎng)生動(dòng)有趣的

音樂(lè)物理課

聽(tīng)五音六律，學(xué)物理知識(shí)

課程一開(kāi)始，陳征科普了什么是“五音六律”：

所謂“五音”，指的是中國(guó)古樂(lè)基本音階，即宮、商、角（jué）、徵（zhǐ）、羽，相當(dāng)于Do、Re、Mi、Sol、La；

所謂“六律”，指的是中國(guó)古代十二音律中的六個(gè)陽(yáng)律，即黃鐘、太簇、姑冼、蕤（ruí）賓、夷則、無(wú)射（yì）

五音六律，現(xiàn)在一般泛指音樂(lè)。

那么，音樂(lè)的背后，隱藏著哪些科學(xué)知識(shí)呢？

陳征拿出一個(gè)特斯拉線(xiàn)圈，將其連上手機(jī)后，它便一邊放著高壓閃電，一邊“唱”起了《新年好》；隨后，他又播放了一段視頻，一輛行駛的汽車(chē)，輪胎竟然發(fā)出《歡樂(lè)頌》的旋律。

為什么會(huì)這樣呢？成功調(diào)動(dòng)起學(xué)生的好奇心后，陳征沒(méi)有馬上揭秘答案，他開(kāi)始從聲音的基本常識(shí)講起——

聽(tīng)覺(jué)的物理部分：

由聲源的振動(dòng)產(chǎn)生，在空氣、水、鋼鐵等彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。

聽(tīng)覺(jué)的生理部分：

并不是所有傳入耳朵的振動(dòng)都能引起聽(tīng)覺(jué)。

一般認(rèn)為人類(lèi)能聽(tīng)到的振動(dòng)頻率在20-20000赫茲之間；低于20赫茲的稱(chēng)為“次聲”，

高于20000赫茲的稱(chēng)為“超聲”。

不過(guò)，大多數(shù)人的聽(tīng)覺(jué)范圍，是達(dá)不到20-20000赫茲這個(gè)范圍的。

陳征拿出手機(jī)，通過(guò)音頻信號(hào)發(fā)聲器軟件，給現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生“測(cè)聽(tīng)力”，最高只能聽(tīng)到大約17000赫茲的頻率。

鍋、碗、杯、盤(pán)、水管子……

萬(wàn)物皆可成樂(lè)器

無(wú)論是音律的制定，還是樂(lè)器的制作，科學(xué)始終貫穿其中。

早在春秋時(shí)期，《管子》中就記載了利用“三分損益法”來(lái)定“五音”，分“六律”。陳征用一根塑料水管，詳細(xì)演示了“三分損益法”——

先確定一段管子為基本音“宮”；

然后，將宮管截掉三分之一，就叫做“三分損一”，這時(shí)管子發(fā)出的聲音，就是“徵”；

接著，將徵管分成三份，再加上一份，這就是“三分益一”，這時(shí)管子產(chǎn)生的聲音，就是“商”；

再將商管“三分損一”，也就是截掉三分之一，發(fā)出的聲音就是“羽”；

羽管再“三分益一”，發(fā)出的聲音就是“角”。

如果將這根水管不斷進(jìn)行“三分損益”，便能得到不同頻率的聲音。

了解了音樂(lè)背后的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)，鍋、碗、杯、盤(pán)、水管子……萬(wàn)物皆可成樂(lè)器。陳征拿出一個(gè)利用“三分損益法”自制的排簫，在現(xiàn)場(chǎng)為同學(xué)們輕輕吹奏了一曲《滄海一聲笑》。

閃電“唱歌”、公路“奏樂(lè)”

大揭秘

課程的最后，陳征揭示了閃電“唱歌”、公路“奏樂(lè)”的秘密——

讓閃電“唱歌”：

在固態(tài)特斯拉線(xiàn)圈的基礎(chǔ)上，加了一個(gè)滅弧器，讓特斯拉線(xiàn)圈不再連續(xù)通電，而是以一定的頻率間歇通電，每一次通電形成閃電時(shí)，都會(huì)發(fā)出“啪”的一聲響，通過(guò)調(diào)節(jié)通電的頻率，就可以控制“啪啪啪”的頻率，以“啪”出音階來(lái)。

用公路“奏樂(lè)”：

在公路上設(shè)置不同間距的槽，讓車(chē)輛在以一定速度通過(guò)的時(shí)候，和路面產(chǎn)生一定頻率的碰撞摩擦，從而發(fā)出所需要音調(diào)的聲音。

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