音叉的十个神奇玩法

我在教室里使用音叉已有10年了。在这些年里，我发现了一些新奇玩法。我希望您可从这篇文章学到更多东西。

敲击音叉时，它会以意想不到的方式疯狂振动。想象一下，将手臂伸直到头顶并击掌。这是音叉的标准动作。问题是它的“肘部”也会摆起来。敲击后，在两个叉指相接的附近轻轻触摸，即可消除不想要的振动。正确使用的音叉，其声音几乎听不到！将叉尖靠近耳朵，您能清晰听到其声音。边旋转叉子边仔细听，你会发现(耳朵在)两个叉指之间时声音最大。

将音叉放入水里是让学生形成使用音叉好习惯的最佳方法之一。每个学生分给一个音叉。摆几杯水。看到飞溅出来的谁，总是令其惊讶，学生会倒抽了一口气。这些入门活动对实验室管理非常重要，因为音叉是一种有趣的学生都很想玩的玩具，确实要形成一些习惯。听到叉指振动的感觉是新奇的，并且有些令人吃惊。把箱子、书桌或白板先清理好，以便学生将音叉的基座放在上面，这也是一个好主意。

将音叉放在可调频的频闪灯（或CRT显示器）前面也是一个有趣的玩法。调节频闪灯的频率，可让使振动看起来显得慢甚至停止！大音叉的效果更好。频闪灯的脉冲频率必须与叉指的频率匹配，或者非常接近。

这种“振动变慢”的效果是因为频闪灯的作用。只有经过几乎整周期，频闪才让使叉指可见。在那一刻，音叉看起来好像只移动了一点。频闪的频率和音叉频率之间的差异决定了感觉到的振动快慢。 CRT监视器也可以像频闪灯一样工作，但是由于扫描的跨穿屏幕，会对振动显示产生不稳定的影响。

使用示波器可以轻松地验证音叉的频率。找个扬声器接到示波器的导线上，当然需要正确适当的连线（通常是带有探头的BNC连接器）。也可以使用麦克风。握住音叉。靠近扬声器，调整设置。您会看到前叉的音调是纯正弦曲线。将它与人声或其他乐器（如长笛和卡祖笛）进行比较。另外，请尝试比较各种频率的音叉，并注意不同的周期和波长。

如果音叉振动足够强，则具有相同频率的两个音叉就可以产生共鸣。为此，我更喜欢使用共鸣箱固定的音叉。大型玻璃或木制物体的共振频率会非常丰富，以至于任何音叉都会引起共振。频率不同的音叉不会产生共振。要理解的重要说法是“受与其自然频率相同的强迫振动会引起共振”，其中“共振”是幅度大的振动。我们在淋浴时唱歌时都会体验到共鸣。较长的音符会更易于共鸣，这会让我们的声音听起来更纯正。另外，当汽车车轮未对中时，且以减震弹簧的固有频率行驶时，汽车将上下共振，但这仅在特定速度下会出现。

跨过整个房间向太阳能电池照射激光，将太阳能电池接到一组计算机扬声器上，演示用电磁波传输声音。这类似于我们收听的无线电信号，因为它们也是调制的电磁波。激光的颜色无关紧要。有时，我会添加烟雾以在视觉上增强演示效果。如果音叉进入光束中，而不是在振动时仅勉强碰到光束，声音的失真小一些。接到扬声器可能需要反复试验。立体声电缆的“公端”接到左扬声器，中间的环朝右，内部金属接地。将太阳能电池的一端接到左侧或右侧，但是您必须将另一端接地。吉他放大器就能正常工作，甚至可能更好。与吉他弦的接法与前面类似。

干涉的演示很重要，因为它是所有波的特性。在这种情况下，我使用频率接近的两个波来展示称为“拍”的现象。拍有时也用于乐器的调音（请参阅第十个玩法）。拍的频率是干涉频率的差，您听到的音符是两个原始频率的平均值。

也可以用两个相同的音叉来实现此模式，只是其中一个用火加热。请务必戴热手套！加热降低了铝的杨氏模量（类似于弹簧常数），两个音叉振动频率不再相等。即使不是音乐家的耳朵，也可以轻松地分辨出差异。

借助管子和盛有水的碗，可以很容易地让音叉声音共振来测量音速。声音的波长必须与管子的长度相匹配，但是不必要求整个波都在管子内。最常用的是，底端密封并成为节点（空气无法移动的地方），但顶端是开口的，此处空气可以自由振动（反节点）。可容许的最短波长的驻波是1/4波长。波长和频率相乘可得出声速，通常误差在1％以内！如果您没有玻璃管，也可以使用充满水的带刻度量筒来演示。

从安有镜面的音叉末端反射光线会展示令人兴奋的现象。当反射的光线投射到整个房间时，音叉振动被放大，从而我们有机会查看音叉的运动。我添加了烟雾以辅助光束的可见性。因为音叉运动的时间历程是正弦曲线，所以当它在远处某点平滑旋转时，它在空间中踪迹接近完美的正弦曲线。

李萨如图是调音叉的一种老方法，比如为了降低频率而把粗叉弄细中会用上。如今，李萨如图主要用于分析LRC电路中的电磁振荡，但它最初是用音叉产生的。两个带镜子的音叉以垂直角度振动，两个镜子上的反射的光线形成李萨如图。当频率成简单比例时，您会得到李沙如图形。它们像甜甜圈，椒盐脆饼，鱼等其他好吃的图案。最好将音叉封闭起来，并远离墙壁，因为这样能加大图形，降低瞄准的困难。

音叉有多种频率。您可以通过它们向学生讲授音乐是物理学的一个分支。您可以制作弦，甚至可以与学生一起演奏歌曲。花点时间就知道和声之间存有特定的比率。例如，在G和C之间存在3/2的比率–这称为纯五度。 E和C之间的比率为5/4，该比率用于C大和弦。在C和A之间是6/5的比率，用于A小和弦。所有八度（例如央C和上方央C）之间是两倍频率分隔。这些比例既适用于科学，也适用音叉频率。尝试通过阅读音叉标签来“发现”它们，是一个有趣的游戏。

用音叉对乐器校音的方法很多。凭耳朵对乐器校音时，音叉通常仅仅是声源或并被握住靠近乐器。然而，音叉也可以用来让琴弦产生振动（如果已经同调）。完全不同的方法是弹某一音调，然后听该音调的声音与音叉音干涉而形成的拍，这与因为乐器的声音会与音叉声音干涉。随着两者频率越来越接近，拍越来越消失，直到完全消失。

要注意科学音叉与音乐频率不匹配。例如，A 440 Hz是音乐音符，而A 426.7 Hz是科学音符。在图中，我的吉他调音师认为我的科学音叉慢了半步。科学音阶以央C（256Hz）为中心。在音乐里，C为261.6 Hz。 20世纪初期，德国音乐家比较随意地设定了音阶。当所有C音符均为2的倍数时，科学音节很方便。例如，央C上方第一个C为29 = 512 Hz。其他许多频率也是整数，例如G 384 Hz和D 288 Hz。

作者:James Lincoln；标题：top-10-demonstrations-with-tuning-forks