一.研究“土电话”
你可能早就玩过“土电话”了:用粗棉线栓上两个纸盒,一人对着纸盒讲话,另一人把纸盒贴在耳朵上。就听到了声音。
声波怎样在绷紧了的棉线里传播呢?我们不妨改进一下“土电话”的实验,研究一下那根棉线上的声波。
找一段小线,在线中间拴上一面小镜子,线的一端拴在椅子背框上(或者由一位同学拉住),线的另一端穿在一个较大的纸盒子上。拿住纸盒子,把线绷紧,让阳光照到镜子上,镜子的反射光线映到墙上。线绷紧之后,镜子稳定下来了,它反射出来的光斑也就不再晃动了。敲一下纸盒,纸盒发出了声响,与此同时你会看到,镜子反射出的光斑晃动了,它上下左右地摇晃着。
这个实验说明,声波在小线里传播时,出现了比较复杂的情况:拴着镜子的那一点既有上下振动(与声的传播方向垂直),又有前后振动(与声波的传播方向一致)。
我们再看一看长纸板传声的情况。
找一块长纸板,在纸板上放几小块纸屑或瓜子皮。敲纸板的一端,另一端听到了声音。同时观察小纸屑或瓜子皮,它们上下前后胡乱地移动着位量。
这个实验说明,固体表面传播声波时,也出现了复杂的情况。
1885年著名的英国物理学家瑞利在理论上指出,声波在固体表面传播时,会出现一种奇妙的表面声波。表面声波是在固体表面(即两种介质的交界面)上传播的声波,它既不同于横波也不同于纵波,而是两者的合成。1900年英国地震学家根据地震仪获得的记录,证实地震时地表面确实存在这种奇异的波,并且把它命名为瑞利波。表面声波有许多种,瑞利波只是表面声波的一种模式。
表面声波并不神秘,你把石头扔到水里,在听到声响的同时会看到水面上荡漾起一个接一个的波纹,那就是在水面上传播的一种表面声波。那水面就是两种介质的交界面。
尽管人类对声波的研究已经有几百年的历史,表面声波技术却是最近二十几年才兴起的。1965年美国科学家怀特发明了一种仪器叫“叉指换能器”,这种仪器可以使电信号产生表面声波,也能使表面声波产生电信号。从此,表面声波技术就在电视广播、通讯、雷达、电子计算机等各项技术中大显身手了。
二.“土电报”传信息
找一根长木棍,一位同学用针尖轻轻地刮木棍的一头,刮木棍的沙沙声连他自己都听不清。另一位同学在木棍的另一头,把耳朵紧贴木棍,却能听到他拍来的“电报”。
一个人在楼下轻轻刮自来水管,另外的人在几层楼上,只要把耳朵贴在水管上,就能听到“土电报”。
用空心塑料管做这个实验,可以得到同样的效果。
这几个实验说明:棍棒、充满液体和充满气体的管子,都能把微弱的声音从一端送到另一端。这是为什么呢。
我们知道,一个电铃发出的声波,在近处听起来很响,到远处就不那么响了,再远就没有声音了。这是因为声波在空气中向四面八方传播的过程中,声源辐射出的能量不断分散,声强越来越小的缘故。
在木棍、水管或充满空气的管子里,声波主要沿着这些东西跑,声能不会大量地向四面八方扩散,传到较远的地方仍能保持一定的声强,声音听起来仍然比较清楚。这就是“土电报”的奥秘。
“土电报”的原理用处很广。有经验的工人往往用一根木棍或改锥去探听机器运转是否正常,找到发生故障的部位;石油工人要了解油管里的动静,常常用类似的办法倾听油管里的声息;医生也常常用听病人内脏声息的办法来判断病情,这就是“听诊”。两千多年前的医生就懂得了“听诊”,不过,那时是把耳朵直接靠在病人的身上去听。
听诊器是1816年法国医生兰尼克发明的,他发明听诊器,是看到孩子们的游戏之后想出来的。兰尼克的听诊器就是一根用纸做成的圆筒。我们也可以做个简易的听诊器听听自己的心音:
找一只漏斗和一根软塑料管,把塑料管的一端套在漏斗的嘴上,把另一端塞到耳朵里。你把漏斗扣到一位同学的胸部,就能听到心音。要是把漏斗扣到桌面上,漏斗里边放块手表,你会听到很强的滴嗒声。
现代听诊器是由耳具、皮管和胸具三个部分组成的。胸具的作用和你做实验时的漏斗很类似,它用来搜集声波;皮管是传播声波的;耳具的作用则是把声波送进耳朵。一百多年来,听诊器一直是医生的助手,帮助医生挽救了不计其数的生命。但是,传统的听诊器的音量不能调节,不利于会诊和听诊教学。
1981年12月,在“北京地区科技成果交流交易会”上,有一件小小的展品吸引了许多
观众。它的高是6.5厘米,直径是4.7厘米,总重量才150克,上边连着医生听诊器的耳具——这就是我国科技工作者研制成功的小型电子听诊器。它由传感器、放大器和电听筒等部分组成。电听筒包括耳机和耳具,耳机经过一个特制的转接器与传统听诊器的耳具接通。转接器上有三个插头,可供三位医生同时听诊。一家医院应用这种电子听诊器之后,分辨出了用传统听诊器不能确定的杂音。科学工作者正在研究给电子听诊器配备一套自动记录、示波和运算设备,并把听诊数据输入电子计算机,那时我国的听诊技术就将面目一新了。
现代电子技术也武装了工程听诊装置,出现了“电子工程听诊器”,用来听取机器上各种零件的振动声、轴的振摆声以及气流的振动。使用时只要梢加调整,就能简便迅速地测定机器的技术状态,甚至可以确定轴承的磨损程度。

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