普通的空瓶子谁家都有,可如果用它研究出音频和物体容积的关系,恐怕没有几个人能够做到。谢亦远、孔祥超、栗美娇是市第十一中学的物理小组成员。这三个爱动脑、勤思考的学生合作的《探究影响瓶子吹口发音频率的因素》项目,让他们一举捧得了2015年青少年科技创新市长奖。
日前,记者见到了这三位高中生,性格外向的孔祥超当起了解说员。他说,那是在一次物理课前,班里有一位同学看见课桌上立着的空饮料瓶,就对着瓶口吹了一下,瓶子发出了“嗡嗡”的声音。
物理老师不仅没有批评这位同学,反而又找来两个大小不一样的饮料瓶,当众对比吹奏,两个瓶子发出了迥然不同的声音。
于是,老师发问,瓶子吹口发音频率与哪些因素有关?看着学生们一个个紧缩眉头,老师建议大家利用课余时间研究一下这个问题,看是否能有新的发现。
下课后,孔祥超召集了学校物理兴趣小组的同学栗美娇和谢亦远,并把自己的想法告诉了他们。为了验证试验,他们找来许多大小不同的瓶子,逐个吹了一遍,发现它们发出的声音果真各不相同。
有了思路,可该如何实施呢?于是,他们找到物理老师,表明自己想成立一个小组,作进一步研究。
为了能搞清楚瓶子发声的原理,他们在维普数据库、万方数据库、中国知网和其他相关期刊网查询,均未检索出定量研究该问题的文献资料。
这更激发了三个小伙伴探究科学的兴趣。那么,是什么原因决定了瓶子吹口发音的频率呢?为了找到原因,他们开始通过各种实验来求得真解。他们发现许多瓶子的瓶口都基本相同,于是就找来了一些瓶口大小相同,容积各不相同的瓶子,按照瓶子商标上显示的容积从小到大一字排开,一边吹奏,一边侧耳聆听瓶子发出的声音。
经过论证,他们得出了第一阶段的结论,随着瓶子容积的增大,瓶子吹口发出的声音频率逐渐降低。
可瓶子体积各有不同,而且相同体积的瓶子,如果装入不同容量的液体,声音的频率也将有所不同。在老师的建议下,他们将声音信号转化为电信号,这样,就可以使用音频分析软件进行测量。
他们在网上搜索到一款用于吉他校音的软件,该软件可以直接显示各种声音的频率。于是,他们利用这款软件开始第二阶段的细分式研究。
他们先用水灌满瓶子,然后再用量筒向外倒水,每倒出25ml就测一次。为了能收集到更多数据,周末的时候,他们各自收集瓶子,挑出瓶口大小相同,不同容积的瓶子进行实验。
经过三个多月的细心研究,三人课题小组的每一位成员对各种型号的瓶子都进行了详细的数据测量和深入的分析研究,结果表明:瓶子吹口发音频率与瓶内气体体积成幂函数关系,瓶子吹口发音的频率与容器内空气体积的平方根的倒数成正比。
在接受采访时,他们表示,这项研究结果可以用于多个领域。例如,在地质勘探中,利用这个应用可以对未知的洞穴进行测量,可以通过声音来辨别洞穴的体积,这样就有助于地质勘探工作者对未知洞穴进行初步了解。
没有做不到,只有想不到。三个小伙伴对这项研究的未来充满无限的期待,希望以后能找到合适的方法和器材,将研究继续推向深入,让更多的人受益。