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科普:肥皂泡為何能隔音?

2014-04-17 12:14:36  来源:新華社 【返回列表】

沐浴時不小心被泡沫蓋住了耳朵,仿佛一下子失去了“聽力”,每個人或許都曾遇到這樣的情況。表面輕盈的肥皂泡可以隔音?法國研究人員的一項最新研究成功解釋了聲音進入肥皂泡後是如何減弱的。

用手敲敲墻面,就能根據聲音判斷墻是空心還是實心。傳統的聲學研究方法與其類似:將聲波發送到某一材料當中,通過分析聽到的聲音推斷該材料在傳聲方面的特性。然而,科學家始終未能揭開聲波在肥皂泡中的傳播機理。原因在於肥皂泡本身極易消逝,聲波很難通過傳統研究方法被傳送其中。

來自法國國家科研中心、巴黎第七大學和雷恩物理學院的物理學家們在最新一期國際權威物理學期刊《物理評論快報》上報告說,泡沫中的氣體佔其體積的90%,其餘為兩種形式的液體,即氣泡壁和相鄰氣泡壁間夾帶的液體溝;不同頻率的聲波進入肥皂泡後的傳播情況有所不同。

研究人員解釋說,聲波帶來的氣體震動會引起兩種泡沫結構的運動。當使用低頻聲波時,泡沫的氣泡壁和液體溝都向同方向移動,聲音傳播的速度很慢,約每秒30米,不會被泡沫隔絕;當使用高頻聲波時,音速提高(約每秒220米),僅會造成氣泡壁的運動,聲音可以穿透泡沫。然而,當使用範圍較大的中等頻率聲波時,氣泡壁的運動方向會與聲波帶來的氣體移動方向完全相反,(即氣體向左推擠氣泡壁時,氣泡壁卻向右運動,因而不會造成液體溝的移動),聲音會被完全封鎖在氣泡當中,形成了泡沫的隔音效果。

泡沫在人類日常生活和工業生產中應用廣泛,特別是礦業和石油工業。法國物理學家的這項研究成果將對研發用於檢測泡沫品質的聲學探測儀等研究工具有重要意義。