波的實驗

本網頁最近更新時間： 10/17/2011 11:26 AM

實驗F：

噴水魚洗共振實驗

魚洗

魚洗，亦稱龍洗。由銅鑄成的薄壁器皿似洗面盆，因盆底有四條龍或魚的浮雕而得名，是中國古代科技一大發明，早在漢代出現，據文獻記載，在我國明代，魚洗曾是皇親國戚、才子佳人的玩藝之物。

魚洗是一種銅鑄的薄壁臉盆，兩邊各有一只環型提手，稱為「洗耳」，底部一般刻有栩栩如生的四條魚兒。當用雙手手心分別在盆的兩個把手上來回摩擦時，盆中水面邊緣將有對稱的四處不斷往上噴射大量水滴，高達30cm以上，如噴泉並發出尖響，蔚為奇觀。

聽說古時候它是用作測試人們對寺廟神靈的誠心度；信眾祈求焚香後，跑到注了水的魚洗前，用雙手摩擦洗耳，如果足夠誠心，魚洗便會發出蜂鳴聲，水會從魚兒的口噴上來。

其實魚洗會否噴水跟誠心與否並無關係，它是利用了物理學中常見的「共振」原理 (Resonance) ，每個人也可以讓它噴水。

每種物質都有一個自然頻率 (Natural Frequency)，當物件受外力振盪， 而這振盪的頻率剛好是它的自然頻率，物件便會劇烈地振動起來，科學家稱這現象為「共振」。

當魚洗的銅壁受到激勵振動起來，頻率達到自然頻率，共振便出現了；銅壁劇烈地振動起來，因魚洗底部的限制，這振動不能外傳，形成了水駐波 (Standing Wave)。駐波中振幅最大的點是波腹 (Antinode)，駐波每一節 (Loop)都有一個波腹。 用手摩擦魚洗這樣圓盆形的物件，經由共振所形成的水駐波一般都是四節的，也就是有四個波腹。當共振出現，這些波腹的振幅便會加劇，做成水花四濺的狀況，工匠在這些地方刻上四尾魚，便可做成魚兒噴水的模樣了！

現在你明白了魚洗的原理，但要讓它噴水要注意兩點：第一，雙手要潔淨，手上的油污會阻礙摩擦；第二，從小漸漸加大摩擦的頻率會較易掌握要達到的頻率。只要掌握要訣和多試幾次，你就可以讓魚洗產生噴泉並發出嗡嗡的聲音了！

共振現象在日常生活屢見不鮮：電視上女高音手在表演中把自己的聲音越提越高…「啪！」，前頭的玻璃杯裂開了，因為聲音推動玻璃杯的頻率達到了玻璃的自然頻率，產生共振；從海灘拾來一只大海螺，把它貼近耳朵便可聽見海浪聲， 那是由於微風和環境的雜音偶然激起了海螺中的空氣柱，產生共振，聲音忽大忽小，讓人聽起來好像大海的浪濤聲。

影片：VCLP0053.MP4 (4,866 kB)

影片：VCLP0051.MP4 (3,506 kB)

可參考資料：戴念祖，噴水魚洗起源初探，自然科學史研究，第2卷第一期(1983年)

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長庚大學通識中心  邱韻如

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