声波传播之怪现象
1921年5月9日,莫斯科附近发生一次大爆炸,在半径70km的范围内,爆炸声听得很清楚;再远一直到160km的范围内都是寂静区;然后直到近300km远处,又可以听到爆炸声。为什么会出现如此奇怪的现象呢?原来这与声波在空气中的折射有关。
声波是声源的振动以波的形式在媒质中传播形成的。由波的折射定律可知,当波从第一媒质射入第二媒质时,入射角(i)的正弦与折射角(γ)的正弦之比等于第二媒质对于第一媒质的相对折射率n,即n=sini/sinr.当n>1时,i>γ,折射波线相对于入射波线更靠近法线;当n<1时,i<γ,折射波线相对于入射波线更远离法线。 在烈日炎炎的白天,声波在空气中传播时,在离地面20km以下的区域,由于地面接受太阳的辐射而温度较高,从而越靠近地面,空气越稀薄,折射率也越小;而在地面40km以上的高空,这一层大气由于强烈吸收紫外线而使气温升高,从而让空气折射率开始减小。因此,从地面开始,空气密度由稀到浓再到稀,折射率也由小到大再到小,这样,当出现声强很大的声波(如大爆炸)时,声波先沿靠近法线的方向折射传播,让声波迅速上升到高空,到底40km的高空后,声波再沿远离法线的方向折射传播。经过连续偏折后,声波又会折回地面,这样从声源到折回地面的声波之间,就会出现无声区。声波折回地面后,经过地面反射再进入高空,再一次反射回来,从而出现第二个无声区。以此类推,也就出现了文章开头的静闹相间的怪现象了。 如果声音强度较小时,又会出现什么现象呢?声波从声源向四周传播时,声波还是会先沿靠近法线的方向偏折,让声波迅速向高空传播,但是由于声音强度不大,声波传播不到40km的高空就已经衰减完毕,所以, 声波的水平传播距离变小,也不会出现静闹相间的现象了.这种现象在烈日炎炎的沙漠中尤其明显,两个相距几十米的两人即使大喊大叫,往往也是只见其人而不闻其声。在我们日常生活中也有这种现象,如地面上的人叫住在高楼上的人时,容易引起其注意,而反过来,楼上的人叫楼下的人时,往往听闻不佳。这就是因为处于高处的人讲话时,声音迅速向更高处传播了,而很难再回到地面。 而在晚上,由于地面气温的降低,越靠近地面,空气的折射率越大,这样,声音的传播就与白天时恰恰相反了。这就是为什么在气温较低的早晨或在寒冷的冬天,声波可以传播到很远的原因之一。 昼近夜远传声响,静闹相间怪现象.其实,只要我们认真分析,仔细推敲,这些生活中的怪现象是可以用科学来进行解释的。