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有趣的共振现象
唐朝的时候,洛阳的一座寺院里出了一件怪事。寺院的房间里有一口铜铸的磬,没人敲它,常常自己“嗡嗡”地响起来,这里是什么原因呢?
原来,这口磬和饭堂的一口大钟,它们在发声时,每秒种的振动次数—
—频率正好相同。每当小和尚敲响大钟时,大钟的振动使得周围的空气也随着振动起来,当声波传到老和尚房内的磬上时,由于磬的频率跟声波频率相同,磬也跟着振动起来。发出了“嗡嗡”的响声。这就是发生振动的共振现象,也叫共鸣。
你注意过吧,胡琴的下端都有一个不小的“肚子”——蒙上蛇皮的竹筒。当你兴致勃勃地拉起胡琴时,琴弦的振动通过蛇皮会引起“肚子”中空气的共鸣,使发出来的琴声不仅响亮,而且音乐丰满,悠扬动听。人们把这种“肚子”叫做共鸣箱。你瞧,扬琴、琵琶、提琴、钢琴等乐器,不都有各种形状,大小不一的共鸣箱吗?
除了共鸣箱之外,人们利用共振现象来做的好事还不少呢。
建筑工人在造房子的时候,不论是浇灌混凝土的墙壁或地板,为了提高质量,总是一面灌混凝土,一面用振荡器进行震荡,使混凝土由于振荡更紧密、结实。
大街上的行人,车辆的喧闹声,机器的隆隆声——这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活,还会损害人的听力。有一种共振性的消声器,是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成。当传来的噪声频率与共振器的固有频率相同时,就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样,声音能在共振时转变为热能,使相当一部分噪声被“吞吃”掉。
此外,粉碎机,测振仪,电振泵等,也都是利用共振现象进行工作的。
但在某些情况下,共振现象也可能造成危害。例如:当军队过桥的时候,整齐的步伐能产生振动。如果它的频率接近于桥梁的固有频率,就可能使桥梁共振,以致到了断裂的程度。因此,部队过桥要用便步。
在我国西北一带,山头终年积雪。每当春暖花开,山上冰雪融化,雪层会离开原来的地方滑动。往往一次偶然的大吼声,厚厚的雪层就会因为共振而崩塌下来,因此规定攀登雪山的勘察队员,登山队员不能大声说话。
我们要将共振充分运用到各个科学领域,还要防止共振现象给生活、工作、环境带来危害。这就需要我们不断去研究、探索。
妈妈曾给我出过这样一个谜语:“南阳诸葛亮,稳坐中军帐。排下八卦阵,单捉飞来将。”这则迷语告诉我们:蜘蛛专吃活的东西,难道它不吃死的东西吗?这引起了我的兴趣,我做了实验。
我从墙角处捉来一只小蜘蛛,把它放进一个盒子里(四周扎有小洞,上面盖有玻璃,便于观察)。没等蜘蛛织网,我又捡来一只死的'小虫、一只死苍蝇,放在蜘蛛的前面,蜘蛛置之不理,随即用手碰撞盒子,蜘蛛就向其他方向爬去了。
为了彻底弄懂蜘蛛吃不吃死苍蝇,第二天,我又来到盒子前观察,看到死昆虫、死苍蝇还在原来的地方,可盒子角处多了一个网,蜘蛛在网上安静地趴着。这时,我想:昨天死苍蝇、死昆虫没被吃掉是不是因为没有网呢?于是,我又将死苍蝇拿起来轻轻地放在网上,可蜘蛛还是一动不动,紧接着,我又用笔轻轻地触动了一下网的边缘,咦,蜘蛛好像有了反应,开始向颤动的方向爬去,我把笔收回,网停止了颤动,信号断了,它就停了下来,不一会儿,蜘蛛又向网中心爬去。我又用笔尖触动网上死苍蝇的身体,网开始颤动,蜘蛛就开始向这边爬来,我又把笔尖收回,蜘蛛就停了,像上次那样,过了一会儿,蜘蛛又向网中心爬去。噢!我终于明白了:原来蜘蛛是靠网的颤动来产生感觉的,靠织网而捕食的。于是,我把实验结果记录下来。
为了证实蜘蛛靠网的颤动产生感觉,我又做了实验。将笔尖放在网上死苍蝇的身上,长时间的颤动,网的震动越来越大,蜘蛛产生的感觉好像也越来越强烈,蜘蛛便匆匆地赶过来,等蜘蛛碰到苍蝇,我将笔尖收回,只见蜘蛛尾部很快喷出黏乎乎的丝将苍蝇捆住,接着又看着蜘蛛的背一动一动的,好像在吸食苍蝇,不一会儿,网上就剩下一个完整的空壳了。这个实验证明蜘蛛吃动的昆虫。
我们探密小组又到图书馆、书店查阅了大量有关蜘蛛的书籍。其中《普通动物学》一书中写道:蜘蛛为食肉性动物,其食物大多数为昆虫或其他节肢动物。但口无上颚,不直接吞食固体食物,而是慢慢地吸食。当昆虫等动物触网时,会用力在网上挣扎,使网丝颤动而使蜘蛛很快发觉,蜘蛛便顺着纵向丝向猎物爬去,用蛛丝包裹猎物,固定于网上,先用螯肢内的毒腺分泌毒液注入捕获猎物体内,将其杀死,再由中肠分泌的消化酶灌注在被螯肢撕碎的捕获物的组织中,很快将其分解为液汁,然后吸进消化道内,最后吃剩下的体壳,就被完整的弃留在蛛网上了。这些充分证明:飞来的昆虫使蜘蛛网颤动,网颤动会使产生感觉,蜘蛛产生感觉就会将猎物捕获,因此,证实了蜘蛛只吃活动物,而不吃死的昆虫。
树干为什么是圆的
崔家小学六年级窦泽平
在观察大自然的过程中我偶然发现,树干的形态都近似圆的——空圆锥状。树干为什么是圆锥状的?圆锥状树干有哪些好处?为了探索这些问题,我进行了更深入的观察、分析研究。
在辅导老师的帮助下,我查阅了有关资料,了解到植物的茎有支持植物体、运输水分和其他养分的作用。树木的茎主要由维管束构成。茎的支持作用主要由木质部木纤维承担,虽然木本植物的茎会逐年加粗,但是在一定时间范围内,茎的木纤维数量是一定的,也就是树木茎的横截面面积一定。接着,我们围绕树干横截面面积一定,假设树干横截面长成不同形状,设计试验,探索树干呈圆锥状的原因和优点。
经过实验,我们发现:
(1)横截面积和长度一定时,三棱柱状物体纵向支持力最大,横向承受力最小;圆柱状物体纵向支持力不如三棱柱状物体,但横向承受力最大;
(2)等质量不同形状的树干,矮个圆锥体形树干承受风力最大;
(3)风是一种自然现象,影响着树木横截面的形状和树木生长的高矮。近似圆锥状的树干,重心低,加上庞大根系和大地连在一起,重心降得更低,稳度更大;
(4)树干横截面呈圆形,可以减少损伤,具有更强的机械强度,能经受住风的袭击。同时,受风力的影响,树干各处的弯曲程度相似,不管风力来自哪个方向,树干承受的阻力大小相似,树干不易受到破坏。
以上的实验反映了自然规律、自然界给我们启示:
(1)横截面呈三角形的柱状物体,具有最大纵向支持力,其形态可用于建筑方面,例如角钢等;
(2)横截面是圆形的圆状物体,具有最大的横向承受力,类似形态的建筑材料随处可见,如电视塔、电线杆等。
在我的观察、试验和分析过程中,逐渐解释、揭示了树干呈圆锥状的奥秘,增长了知识,把学到的知识联系实际加以应用,既巩固了学到的知识,又提高了学习的兴趣,还初步学会了科学观察和分析方法。
有一天,我在电视上看到两个小朋友在争论:一个说硬币能浮在水上,一个说不能,最后也没有争出一个结果。我也很想知道答案,就立即用杯子接了一杯水,把一角钱硬币轻轻放进水里,硬币“嗖”地一声掉进水里,我又试了几次,结果都是一样。难道硬币真的不能浮在水面上?
晚上,爸爸回来了,我就请教爸爸,爸爸说:“从理论上讲,硬币是可以浮在水面上,不过我也没有试过,你自己在网上查查吧。”我在电脑上查了一下知道:依靠水的表面张力和浮力,硬币是可以浮在水面上的,但直接用手放几乎办不到,可以先在硬币下垫一张餐巾纸。我决定用这个方法试试。我用敞口杯接了大半杯水,并准备了几张餐巾纸。先把一张餐巾纸平放在水面,再把硬币放在纸上,硬币和纸都沉了,我把硬币擦干净,决心再试一次,这一次我更加小心翼翼,我又试了几次,还是这样。难道硬币真的不能浮在水面上?
爸爸观看了我的试验过程,问道:“你想一想刚才可能存在什么问题没有?”我想了想说:“感觉餐巾纸吸水太快,硬币刚放上去就跟着餐巾纸沉了下去。”“那你用其它的纸试试。”我在作业本上剪了一个小圆片,和硬币一起放到水面,不过还是很快就沉下去了。我决定剪一个大点的纸片,和硬币一起放在水面,纸片慢慢被浸湿了,但纸片没沉下去,我就用勺柄轻轻沿着纸片四周向下按,有水浸过了纸片,爸爸提醒我,别让水漫过硬币,我更加小心翼翼,纸片终于沉了,而硬币还飘在水面上。“成功了,我终于成功了!”我高兴的欢呼起来。我又照着刚才的方法做了一次,硬币仍能浮在水面上。
科学的世界真奇妙!我用自己的双手证明了:硬币也能浮在水面上,我也当了一回“科学家”。
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