水瓶琴蕴含的物理知识

我们是否关注过这样的游戏:将大小不一的玻璃瓶子依次排开,在给不同的瓶子里加入不同体积的水,然后拿筷子或木棍敲击,可以发出不同的声响。为此,研究人员提出了“水瓶琴”的概念。

在深入了解水瓶琴之前,我们先来做一个有趣的小实验吧。

首先,在八个玻璃瓶子里装上高低不同的水,并按照水位高低的顺序依次排列;

其次,对瓶子里的水位进行调节,敲击,直至发出“1,2,3,4,5,6,7,i”的音乐节奏;

最后,按照乐谱谱出简单动听的曲子。这一实验对象就称为“水瓶琴”:在一套材质大小相同的玻璃瓶子或者玻璃杯内加入深浅不同的水,根据水量的多少依次排开,使它们组成一个完整的音阶,在对瓶子进行敲击的同时会产生悦耳动听的声响,故也称作“水杯编钟”。

水瓶琴为什么能发出不同的声音呢?

首先,在上面的实验中我们会发现,当敲击的瓶内水多、空气少时,声音低沉;相反水少、空气多时,声音就变得高昂,也就是说,水瓶琴的音调会随着瓶内的水与空气的变化而变化。

然后,我们来复习一个物理小知识:振动的频率越高,音调就高,振动的越低,音调就低。

所以,水瓶琴能发出不同的声音,是因为水瓶琴内装有数量不同的水,这样便形成了不同的水柱。当使用筷子敲击瓶子时,引起瓶子的振动,但因为瓶身内水柱的长短有差异,振动的频率不同,因此音调便也有所不同。

事实上,不论是何种乐器亦或是不同的演奏方式,所有乐器的发声原理都是一样的:通过振动发出声音。

比如,编钟也是因为振动而发声。钟体小,音调就高,音量也小;钟体大,音调就低,音量也大,而且,编钟的音色也非常丰富,像曾侯乙编钟音域就能够跨越5个八度, 只比现代钢琴少一个八度,中心音域12个半音齐全。在传统的编钟演奏时,一般会需要4-5个人同时演奏才会产生美妙的音乐。

本文由山东省威海市凤林学校二级教师刘欢进行科学性把关。

来源:新华网