[科普中国]-水瓶琴蕴含的物理知识

我们是否关注过这样的游戏：将大小不一的玻璃瓶子依次排开，在给不同的瓶子里加入不同体积的水，然后拿筷子或木棍敲击，可以发出不同的声响。为此，研究人员提出了“水瓶琴”的概念。

在深入了解水瓶琴之前，我们先来做一个有趣的小实验吧。

首先，在八个玻璃瓶子里装上高低不同的水，并按照水位高低的顺序依次排列；

其次，对瓶子里的水位进行调节，敲击，直至发出“1，2，3，4，5，6，7，i”的音乐节奏；

最后，按照乐谱谱出简单动听的曲子。这一实验对象就称为“水瓶琴”：在一套材质大小相同的玻璃瓶子或者玻璃杯内加入深浅不同的水，根据水量的多少依次排开，使它们组成一个完整的音阶，在对瓶子进行敲击的同时会产生悦耳动听的声响，故也称作“水杯编钟”。

水瓶琴为什么能发出不同的声音呢？

首先，在上面的实验中我们会发现，当敲击的瓶内水多、空气少时，声音低沉；相反水少、空气多时，声音就变得高昂，也就是说，水瓶琴的音调会随着瓶内的水与空气的变化而变化。

然后，我们来复习一个物理小知识：振动的频率越高，音调就高，振动的越低，音调就低。

所以，水瓶琴能发出不同的声音，是因为水瓶琴内装有数量不同的水,这样便形成了不同的水柱。当使用筷子敲击瓶子时,引起瓶子的振动,但因为瓶身内水柱的长短有差异，振动的频率不同,因此音调便也有所不同。

事实上，不论是何种乐器亦或是不同的演奏方式，所有乐器的发声原理都是一样的：通过振动发出声音。

比如，编钟也是因为振动而发声。钟体小，音调就高，音量也小；钟体大，音调就低，音量也大，而且，编钟的音色也非常丰富，像曾侯乙编钟音域就能够跨越5个八度， 只比现代钢琴少一个八度，中心音域12个半音齐全。在传统的编钟演奏时，一般会需要4-5个人同时演奏才会产生美妙的音乐。

本文由山东省威海市凤林学校二级教师刘欢进行科学性把关。

新华网科普事业部

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