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從物理角度看聲音強弱

生活 更新时间:2024-10-06 05:30:38

從物理角度看聲音強弱(在高原聲音傳播速度會變慢)1

“我們都知道音速是340米/秒,比光速慢很多。那麼音速是怎麼來的呢?音速和什麼有關系?去了拉薩或雪山頂,空氣稀薄,音速會變化嗎?”在網友回答“會有變化”時,“物理播主”張朝陽也提出疑問,“大家都覺得音速會變慢。那麼真的是這樣嗎?”

11月19日12時,《張朝陽的物理課》第五期開講,搜狐創始人、董事局主席兼CEO張朝陽坐鎮搜狐視頻直播間,從牛頓定律出發,計算音速、推導波動方程。

從物理角度看聲音強弱(在高原聲音傳播速度會變慢)2

張朝陽先從牛頓定律F=ma算起,假定X軸是聲音傳播方向,某一個x點有一段垂直于傳播方向的小空氣柱,面積是A,寬度為h,體積為A*h,質量密度為ρ。當在x點迎來一個波,空氣柱相對x點會産生位移,移動的位移滿足牛頓定律,可以用函數來表現,并得到第一個方程。“這是空氣小窄條的牛頓定律的表現方式。”

随後,張朝陽算了關于壓強變化和密度的關系,計算了密度和波函數的關系,最後導出波函數随時間變化的二階導數,以及聲音在空氣中的波動方程,并确定波動方程的系數。

于是課程開頭的提問有了答案:音速與絕對溫度的平方根有關。低溫時,音速會慢點,高溫時,音速會快點。比如,在哈爾濱零下30℃時,音速大概損失10%;如果是在40℃的桑拿房,音速大概增加5%。不過,正常情況下,人類無法通過感官直接感受到音速變化。所以,在空氣稀薄程度不同的平原、拉薩或雪山,人們感受到的音速差别不大。

今天的直播課程難度較大,使用了大量的微積分知識。張朝陽提醒網友,為了用最根本的原理解決問題,課程會涉及大學、中學物理和數學,會比較難。但“聽不懂沒關系。可以把我講的分解成模塊,一個不懂,聽下一個,不要卡住。”

從物理角度看聲音強弱(在高原聲音傳播速度會變慢)3

實際上,網友還可在搜狐視頻“關注流”觀看直播回放,通過“直播白闆”複習。也有“課代表”将每堂課的筆記,發布在搜狐新聞客戶端“關注流”上,便于網友查漏補缺。

自11月5日開始,《張朝陽的物理課》已直播五期。在第一、第二課中,張朝陽科普了“力”和“速度”,并現場計算出馬斯克的飛船和中國空間站每日繞地飛行的圈數;第三、四課的内容則一脈相承,和“振動”相關,科普了可見光的基本知識,解釋了早中晚太陽顔色不一樣的原因,以及天空呈現藍色的秘密。今天的第五課,則引發了關于聲音速度的大讨論。

《張朝陽的物理課》不僅解釋了生活中常見現象背後的原理,還層層深入,将知識點落到物理公式上。他通過第一宇宙速度、第二宇宙速度、庫倫定律、簡諧運動等,層層遞進,步步演算,得出了瑞利散射、單擺、物理擺的公式。

觀察生活現象 解釋背後原理 推導演算公式,結合五期《張朝陽的物理課》可以看出,直播課程都是從日常現象引入,先幫助網友理解現象,提升興趣,接着“透過現象看本質”,解釋物理知識,反過來解決生活中的問題。

這也印證着課堂開始的觀點:“物理是算出來的,玄乎其玄的科幻概念和實證有區别。”張朝陽認為雖然物理并不輕松,但每個人不應該覺得自己可能學不會一件事而不去學,恰恰相反,聰明在于過程,看起來枯燥的物理知識如果經過分解後再理解,并不一定比生活中的事更困難。張朝陽鼓勵網友應該打破思維的邊界,科學學習,希望每個人都能對這個世界充滿更多的好奇心與勇氣。

據了解,在未來課程中,張朝陽還會科普空氣作為理想氣體的性質、潮汐的秘密等日常現象中涉及到的物理知識。通過設置一個個話題,以深入淺出的講解方式,利用物理學解釋生活現象,達到專業人士認可,普通人能聽懂的效果,借此激發科學學習的熱潮。該課程将于每周周五、周日12時在搜狐視頻直播。

文/金仁甫

編輯/範輝

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