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  振动与波的古代观念【点击数:


  人们常见到水面波和绳子波,它们传播能量的方向和振动方向相垂直,因此这种波叫横波。空气中的声波,是发声体使空气振动而成的。空气发生了像弹簧那样一疏一密的振动,它的传播能量的方向和振动方向相平行,因此声波是纵波。各种各样的声音都是由发声体振动引起的,这种振动通过空气或其它媒介传播到人的耳朵,人就听到声音。振动与波的概念的建立和发展,是和人们的生活实践和生产实践分不开的。

  上古时代,人们在渔猎生产中常见到湖泊池沼的翩翩水波,水面上的浮萍、木条却并不随波前进,而是在作上下振动。在纺绳织网中,弹动绳子,波浪从一头传到另一头,但绳子上的线头也不随波逐流。经过人们长久思索之后,这种大自然的美终于在新石器时代被匠师以艺术的形式描画在各种陶土工艺上。这些纹饰与近代波动描绘图几乎一致。西周时期一首著名的民歌《伐檀》唱道:

  丁丁当当来把檀树砍,

  砍下檀树放河边,

  河水清清纹儿像连环。

  ……

  做车轮儿砍树响丁当,

  砍来放在大河旁,

  河水清清圈儿连得长。

  《管子·侈靡篇》写道:“荡若流水,使人思之。”荡漾的水波激起人的情感,唱出了劳动的自豪。但同时,它又能牵动思维神经、提出科学的疑问:为什么扩展而开的水波不能阻止水的往下流动?《管子·君臣下》说:“夫水波而上,尽其摇而复下,其势固然者也。”这是古代人的回答。

  约公元1世纪时,东汉思想家王充终于发现,声音在空气中的传播形式是与水波相同的。他在《论衡·变虚篇》中说:

  鱼长一尺,动于水中,振旁侧之水,不过数尺,大若不过与人同,所振荡者不过百步,而一里之外澹然澄清,离之远也。今人操行变气远近,宜于鱼等,气应而变,宜与水均。

  这段文字的前一句,描写了游动的鱼搅起水面浪花及水波传播距离的远近。后一句指出,人的言语行动也使空气发生变化,其变动之情与水波一样。此外,王充在这里还表达了另一个科学思想:声音的强度随传播距离的增大而衰减:鱼激起的水波不过百步,其声音在一里之外消失殆尽;人声和鱼声一样,也是随距离而衰减的。因此,王充是世界上最早向人们展示不可见的声波图景的,也是最早指出声强与传播距离的关系。

  到了明代,借水波比喻空气中声波的思想更为明确、清楚。明代科学家宋应星在《论气·气声》篇中写道:

  物之冲气也,如其激水然。……以石投水,水面迎石之位,一拳而止,而其纹浪以次而开,至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也亦犹是焉,特微渺而不得闻耳。

  敲击物体使空气产生的波动如同石击水面波。这就是宋应星的结论。

  当然,声波是纵波,水波是横波。古代人由于受到时代的局限,对这一点分不清,我们是不能苛求的。


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