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举个栗子:【奇思妙想】我们能听见光吗?

日报 举个栗子 2年前 (2017-12-31) 256次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:【奇思妙想】我们能听见光吗?

【“奇思妙想”是什么?】

“奇思妙想”是知道君为大家带来的全新互动子栏目!

在这里,才华横溢的网友为你带来脑力风暴!再神奇的问题都能找到科学的解释!


没错,我问的是咱们的耳朵能听见光亮吗?再具体点儿就是闭着眼睛,光用耳朵也能知道灯泡亮了还是没亮,而且不需要变身,更不需要有 X 战警的特种基因。和你的伙伴们打下赌注,听我的,一定要赌“能听到”。当然了,这里有一些小技巧,且听我细细道来。

举个栗子:【奇思妙想】我们能听见光吗?

【为耳朵打抱不平】

猜一猜,我们的耳朵能听见最小的声音有多小,蚊子叫?针尖掉在地上的声音?我赌 5 毛钱,你猜不中!答案是:在最佳状况下(频率约为 3 千赫兹),最小可分辨音量为 I0=0.5*10-16W/cm2。形象地来说,假设耳道的面积大约是 1 平方厘米,忽略整个传播过程中的吸收,那么人至少能听到 1000 公里以外 10 瓦的声源发出的响声,相当于在如此之远的距离能看见一盏节能灯!耳朵的灵敏度堪比卫星上的微波接收器这样的高科技传感器。不过也别丧失自信,普通人一般都会错估 10 个数量级之多。

尽管耳朵帮我们交谈,替我们考听力,主人犯错的时候还要被老妈拧,还帮我们定位发声的物体,找到忘在枕头下面的手机。但人们对很多耳朵的事情依旧是“闻所未闻”。可怜的耳朵啊,我要为你伸冤。

如果再把我们的听力极限下推一点点,我们就可以直接进入到原子尺度的微观世界了。我们可以毫不夸张地听到它们在热运动的驱动下撞击耳膜所发出的声音。进化将我们的耳朵推到了物理的极限。相比之下,眼睛真的弱爆了。口说无凭,究竟我们能听到多么细小的声音呢?

【头发丝演奏的音乐】

小女孩儿们经常玩假扮医生的游戏,用玩具听诊器为洋娃娃们问诊治病。对物理学家来说,听诊器的魅力可不止是洋娃娃,好奇的物理学家们拿着从小姑娘手中抢来的听诊器,满世界寻找任何细小的声音。他们惊讶地发现,小小的玩具竟然可以听到头发丝敲击在玩具听诊器塑料膜上的声音,和这比起来针尖掉在地上的声音简直就像滚滚的雷声。物理学家们听着头发丝扫过塑料膜的声音,就像享受磁头扫过唱片一般。好吧,物理学家没这么无聊……

【从光到声】

好吧,上点儿硬菜。声波与光波之间的转换被取名叫声光效应,这个名字是在 1880 年由亚历山大?格拉哈姆?贝尔赋予的。下面我们用一个简单的例子来说明这种转换。

玩具听诊器里有薄薄的黑色塑料膜,它能吸收光能,并将其转化为热量。热在表面扩散,最终传导到四周。于是听诊器内的空气被局部地加热了,被加热的气体分子在听诊器里乱撞,如果碰撞变得有规律的话就会发出声响。又因为光来自交流通电的灯泡,所以这股热浪是稳定地一波一波来的,就如同每年都有的夏天,碰撞也因此是周期性的。只要频率足够高,振幅足够大,听诊器就能听到这些声响。这里的重点并不是耳朵有多敏感,而是它分辨快速变化的能力。眼睛因为暂留现象而无法察觉到灯光因交流通电而出现的闪烁,不过在声光转换之后,耳朵却能察觉到这种振荡。耳朵再次对眼睛说,你弱爆了。

【在厨房里听光】

有了上面的铺垫,我们现在要做到的就是:通过听诊器,在 10 厘米或者更近的距离,当白炽灯发光时,能听到嗡嗡的声音;关掉灯泡或者用手挡住光线,嗡嗡声消失。

需要准备的东西有:手工工具、由交流电驱动的白炽灯、薄膜、蜡烛和一个玻璃罐。如下图所示:

举个栗子:【奇思妙想】我们能听见光吗?

在包菜瓶(约 500 毫升)的金属盖上钻一个小眼儿,瓶子的大小无需严格挑选,一瓶老干妈也是可以的(绝非广告)。点亮一根蜡烛放进瓶中,好让烟灰乘积在一个侧面,尽量刚好涂黑一半玻璃面,另一半则保持透明。拧紧瓶盖,然后将金属盖紧贴自己的耳朵,让 60 瓦左右的灯光穿过透明的一面,照射到烟灰覆盖的内壁。你将能听到一阵一阵的脉冲信号。

没了?对,没了。就这么简单。快去听听光在对你说什么吧!


【“奇思妙想”等你来】

在“评论”中提出你自己的“奇思妙想”吧!只要问题足够有“创意”和“深度”,并且可以通过已有知识来解答,知道君帮你找专家来解答!当然,你也可以用你的专业知识,回答其他小伙伴的“奇思妙想”并向知道君投稿:zhidaoribao#baidu.com(别忘了把 # 替换成 @ 哦)。


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