雨滴聲為什麼會這麼響?

2021-02-16 中科院物理所

暴雨如注的夜中,你有沒有被窗外噼裡啪啦連綿不絕的雨聲吵得輾轉難眠?細雨霏霏的清晨裡,你有沒有被淅瀝瀝的雨聲挑動傷感的心弦?由千千萬萬個雨滴組成的交響樂隊,演奏的樂章或波瀾壯闊,或悠揚婉轉。

儘管我們從小到大早已熟悉了各式各樣的雨聲,可是,你知道雨滴聲為什麼會這麼響嗎?很多人肯定會不屑地說:「雨滴從天上掉下來當然會很響啊!」聽著好有道理。

可是,雪也是從天空落下,為什麼不響呢?

愛玩耍的科學家們又閒不住了,他們把研究的目光投向人們最熟悉的雨聲,探索產生雨聲的背後究竟是怎樣的物理機制,研究雨滴聲為什麼會這麼響。

科學家們用高速攝影機拍攝雨滴落入水中的情形,通過置放在水底的聲納收集雨聲,並構建了數學模型來幫助分析。結果,這個看著像發了瘋的研究,出人意料地揭示了雨聲背後不為人知的另一面,讓人腦洞大開。

原來雨滴聲是由兩部分組成的,一部分是雨滴掉在水面上的聲音,這個不用腦子也能想得到。但出人意料的是,這部分的聲音其實並不大,雨聲最主要的聲音是來源於雨滴落入水面後產生的氣泡。

有跳水經歷的人都知道,人跳入水中後身體周邊會產生無數大大小小的氣泡。雨滴也一樣,落在水面後會在水下產生很多氣泡。這些氣泡中的氣壓比較低,而周邊水的壓力大,所以氣泡一產生,就會被四周的水壓縮變小。

而當氣泡被壓縮後,氣泡內的氣壓又會變得高於四周的水壓,於是氣泡又反彈膨脹。當膨脹後氣壓小於水壓時,又開始被壓縮。如此循環往復,好糾結的泡泡啊!

由於這一過程都是在瞬間完成的,反覆變大變小的氣泡看起來就像發生了振動一樣,而且振動頻率正好是在人耳能聽到的範圍。於是,就像振動的鼓面、琴弦、人的聲帶一樣,水中的氣泡也開始「路見不平一聲吼」。

並且,這個氣泡還是個大嗓門,振動產生的聲音分貝比雨滴掉落在水面的分貝要大好幾倍。所以,雨滴聲才會這麼響。

科學是不是很神奇?許多人們想當然的事情,也許只是表象。而背後還隱藏著許多秘密等待人們探尋。

文章經授權轉自微信公眾號漫科普

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