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    千里傳音由 STEM 開始

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    武俠小說中會有武林高手角色使用「千里傳音」的武功,所描述的是能把聲音傳播到千里以外。現代的話,只要有手機在手,大家都能運用此千里傳音之術,但千里傳音有可能嗎?今期我們從科學角度去了解聲音傳遞的能力。

    從物理學的角度,聲音是機械波,由振動而產生的聲波,能夠透過不同介質,例如:空氣、液體或固體進行傳播,而我們人類能利用耳朵來感受這些波動現象來接收聲音信息。由於聲音是屬於機械波,故此聲音無法在真空狀態中進行傳遞。

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    千里傳音是武俠小說裡武林高手的一種功夫。
    千里傳音是武俠小說裡武林高手的一種功夫。

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    從物理學的角度,聲音是機械波,由振動而產生。
    從物理學的角度,聲音是機械波,由振動而產生。

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    不同的介質

    聲音的傳遞會受介質所影響,聲音的傳播速度以固體較快、液體其次,而氣體較慢,這是與介質的密度相關,介質的密度大,聲音的傳播速度便快。反之,介質的密度愈小,則聲音強度愈低。

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    聲音的傳播也與溫度有關,聲音在熱空氣中的傳播速度比在冷空氣中的傳播速度快,這是因為熱力給予介質的分子能量,空氣分子增強振動的幅度和速度,引至碰撞率增加令聲波傳遞得更快。濕度的大小對空氣中聲速也有影響,因為濕度增加即代表空氣中的水分子增加,聲波遇到在空氣中的水分就有助聲波增加速率。

    風向影響聲音大小?

    當站在逆風的位置,不論怎麼辦高聲呼叫,遠處的人是很難聽到高呼的聲音,但在順風的位置的人向身企遠處的人說話,他是能夠聽得一清二楚說話內容,這是聲音的折射現象。

    風能夠把聲波吹散嗎?聲波在空氣中傳播,順風時會較快。由於地面上有障礙物,所以接近地面時風速會較低,離地面遠一些,風速也較高。

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    因此當聲波在順風的情況下傳播時,離地面較遠的聲波走得快一些。由於高低兩個地方的聲速不同,所以會造成折射現象,就好像聲波在不同的介質中傳播一樣。波動的會被折射向聲速較慢的地方,順風時聲波會被折射向下,所以會傳得較遠。

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    相反聲波在逆風時的情況下傳播時,聲波的前進方向與風速相反,聲速會被風速減弱,造成上層的聲速較下層低。依照上述的道理,聲波便會被折射向上,所以遠處的人便很難接收到了。所以在「順風」時會較易聽到遠處的聲音,而在「逆風」時聲音會變得微弱。

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    建築物應用 STEM

    正因為聲音的折射原理,在高處位置向下方說話時會因為高處的風速較高,有些宗教建築的設計就應用了聲音折射的原理。在半山電梯的途中經過的回教清真禮拜總堂,內裏有一座「宣禮塔」,它是清真寺的最高建築。每到禮拜的時辰,宣禮員會登上塔頂,大聲呼喚穆斯林到清真寺做禮拜。由於宣禮塔在較高位置,附近較小障礙物,聲音較容易傳送開去。

    聲音傳播在白天黑夜也不同

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    晚上的聲音傳播的要比白天遠,是因為白天音在傳播的過程中,遇到了上升的熱空氣,從而把聲音快速折射到了空中。
    晚上的聲音傳播的要比白天遠,是因為白天音在傳播的過程中,遇到了上升的熱空氣,從而把聲音快速折射到了空中。

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    晚上冷空氣下降,聲音會沉著地表慢慢的傳播,不容易發生折射。
    晚上冷空氣下降,聲音會沉著地表慢慢的傳播,不容易發生折射。

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    傳聲筒的形狀設計能夠使發出的聲音經過筒壁反射後,傳播的方向變得較為集中,因此有助聲音增大強度,能夠傳得較遠的地方。聲音還會因外界物質的阻擋而發生反射,例如人面對群山呼喊,就可以聽得到自己的回聲。

    傳聲筒運用了聲音的回聲反射。
    傳聲筒運用了聲音的回聲反射。

    所以只要學懂聲音的傳播方式,配合風向、位置、利用工具等,就能模仿武俠小說千里傳音的功夫。

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