音叉是常见的调音工具,敲响音叉,初始的泛音列过后,声音将会有稳定的频率,以此来为乐器调音。有人还喜欢听音叉的声音来放松身体。同时,音叉也是很多有趣物理现象的源泉。实验器材包括所标杯、音叉和橡胶锤。实验过程中,用橡胶锤敲响音叉,迅速放入装有水的所标杯中,观察水中形成的驻波以及干涉条纹。
音叉是一种“Y”形敲击乐器,常被当做“标准音”。音叉通过上半部分振动发音,下半部分起到固定作用。当我们敲击音叉时,就会在上部产生特定频率的振动,发出声音。驻波是波形不随时间变化的波。如上图是一种驻波,两头的固定点称为波节,中间振动的部分称为波腹。
当我们把音叉放入水中,音叉就会作为波源在水中激发出表面波。某时刻距离波源r处的波,就是r/v之前由波源发出然后传递过来的,v是波在水面的传播速度。对于存在两个波源的音叉,某处的波就是由两个波源分别于r1/v和r2/v之前发出,其中r1和r2分别是某点到波源的距离,之后再相干叠加形成干涉图样。
如果考察音叉的完整运动方程,我们会发现音叉本身存在一个共振频率。这一频率与音叉所在的介质有关(密度与粘滞系数),通常将音叉的这一共振特性与压电效应相结合,来制作一些探测器,比如探测液氦的超流相变,在材料生长过程中监测薄膜生长厚度等。