史实罗伯特·波义耳(17 世纪):真空铃实验验证"真空不能传声"
声音是靠什么传到我们耳朵里的?17 世纪的科学家们对此众说纷纭。英国科学家罗伯特·波义耳(Robert Boyle)设计了一个著名的实验——真空铃实验:他把正在发声的闹钟(铃)放在一个密闭的玻璃罩内,用抽气机逐渐抽出罩内的空气。随着空气越来越稀薄,人们听到的铃声越来越弱;当他重新向罩内充入空气,铃声又逐渐变强。
这个实验第一次用控制变量的实证方法证明了:声音的传播需要介质(空气等),真空不能传声。今天我们说"月球上听不到声音""太空中宇航员要靠无线电对话",都源于这一结论。
史实战国编钟:古人用"长度与松紧"调音
在波义耳之前一千多年,古代中国的音乐家们早已在实践中运用了声音的规律。出土的战国编钟(如曾侯乙编钟)由大小不同的铜钟组成,用木槌敲击,能发出高低不同的声音——钟体越大、越厚,振动越慢,音调越低。
古代乐器的调音,正是通过改变发声体振动部分的长度、粗细与松紧来实现的:琴弦越短、越细、越紧,振动越快、音调越高;反之音调越低。古人虽不知道"频率"这个概念,却早已掌握了"振动快慢决定音调高低"的规律——这就是声学知识在古代生活中的典型应用。