你想知道宋代科学家沈括是如何研究声学共振的吗?事实上,在中国古代,共振现象已经被描述了很长一段时间。接下来,我们将为您带来相关内容。如果你感兴趣,来看看。
公元前3世纪-4世纪的《庄子》一书记载了调瑟时的共振现象。这种基音和泛音共振的发现比西方早得多。
《墨子·备穴》还描述了共振现象的具体应用:每隔几米在城墙根下挖一个坑,埋一个容量70-80升的陶罐,罐口覆盖着皮革。如果敌人挖地道攻城,敌人挖的位置和方向可以根据每个陶罐的声音来确定。
在《梦溪笔谈》中,沈括精心设计了声学共振实验。
沈括对音乐有着深刻的理解,曾写过几十首军歌。更有价值的是,他也善于举一反三,通过音乐现象和原理来激发科学研究。
有一天,沈括和朋友们聚在一起喝茶聊天。
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一位朋友神秘地对大家说:“最近我家发生了一件奇怪的事情。是这样的。我家有一张琵琶,一直放在空房间里,没人管他。奇怪的是,有一次,当我用少数民族的管乐器演奏燕乐的“双调”时,房间里的琵琶弦在没有人动琵琶或其他乐器的情况下发出了自己的声音,但如果我演奏其他曲调,就不会有这种现象。我试了好几次,都是这样,这是不是有什么超自然的事件,还是我的空屋子里有神秘的妖魔鬼怪?”
听了这话,大家纷纷讨论,讨论这个人家里是否有邪气或其他问题。
这个人越来越紧张,担心家里有没有什么邪恶的事情。
沈括一直在旁边微笑,有人对沈括说:你博闻强识,见多识广,你怎么说?沈括听了之后平静地面露,他劝这位朋友:“其实这没什么大惊小怪的,只是极其普通的常识。只要不同乐器在28调中有相同的声音,就可能发生应和声音。这就是你所说的琵琶会和燕乐“双调”说话的现象。这是一个非常普通的事实。这与所谓的神或魔鬼无关。不要吓唬自己。”
事实上,沈括所说的常识实际上是弦的共振现象。然后他向朋友解释说:弦的共振现象是声学中最好的。很多人不知道这个常识,所以他们不能演奏到目前为止最和谐的天籁。不幸的是!”朋友听了,松了一口气,大家都相信了。
沈括的议论,并非信口开河。
在这个问题上,他做了一个有趣的实验:在同一个七弦琴上,有宫、商、角、征、羽、少宫、少商七弦、少宫、少商八度音。
他在少宫或少商弦上放了一个小纸人。当他拨动宫弦或商弦时,少宫和少商弦上的纸人会跳动,但当他拨动不同音调的其他弦时,纸人一动不动。
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沈括在不同的钢琴上做了一个实验。他把纸人放在另一个乐器上。当两者的声音频率相同时,弹琴弦时,放在另一个乐器相应声调位置的纸人跳舞。
通过这个实验,沈括充分证明了一个事实:当声体振动时,频率相同的声体也会振动。沈括称这种现象为“响应”,现代物理学称为“共振”。
在西方,伽利略在17世纪首先描述了共振现象。沈括比他早了五六百年。虽然伽利略对共振有更深入的分析,但沈括很少在这么早的时候研究声学现象。
宋代科学家沈括是如何研究声学共振的?