由于水的不可压缩性和流动性,波在水中传播时,水质元作二维运动,既有沿波的传播方向的纵向运动,又有沿垂直传播方向的横向运动 (图)


http://se.risechina.org/kxwh/kxsh/200903/2029_4.html 每人都是一个驻波,在一个特定频率(多数的低阶基频,基频:能量质量主频率)附近引起共振,类似市场,惊涛骇浪 (三)水洗耦合 然而,问题并非到此为止,喷水奇观除了与洗壁振动有关外,洗中的水并不单纯被动地接收能量,其独特的流体力学性质也起着重要作用。 大家知道,虽然水波随处可见,水质元的运动并不象简谐波的情形那样简单。由于水的不可压缩性和流动性,波在水中传播时,水质元作二维运动,既有沿波的传播方向的纵向运动,又有沿垂直传播方向的横向运动,一般水质元作绕向相同的圆周运动;处于水表面的水质元作圆周运动的半径最大,水面以下圆周运动的半径随深度的增加而减小,如图2-8所示。 在鱼洗盆中,若水波沿直径传播与反射,两反向水波相遇叠加会产生什么情景? 一般来说,两个圆运动或椭圆运动的叠加结果可以是直线振动。大家比较熟悉的是,一质元若同时参与两个同频率、相互垂直的简谐振动,其合成的结果一般沿椭圆轨道运动,如果两个垂直振动的振幅也相同,则轨迹是圆。相反地,若质元同时参与两个同频的圆运动或椭圆运动,其合成的结果将回到直线振动,但由于相位不同,振向各不相同。鱼洗水面的水质元恰恰可能出现后者的情形,即水质元由于两反向水波相遇(图2-9上与下图),合成的振动是直线振动,振向可以沿纵向、横向,也可以沿斜向,由相遇波的位相差决定,见图2-9中图。 正是这些直线振动的水质元为鱼洗喷水如此之高(>70cm)创造了条件!特别是斜向振动的水质元与洗壁作相向振动,受到洗壁巨大的冲量作用,形成密集的水珠被高高抛起,沿抛物线轨迹回落,喷水抛物线实景见图2-10。 同时四鱼喷水线当然应当铸刻在m=2,n=0振型的最大振幅位置,洗壁起振后那里对水的扰动最大,哪里必然是“四鱼喷水”!并且,为鱼洗注水的最佳高度也因此确定了。 (四)结语 现在,鱼洗喷水的奥秘已经揭开。事实上,喷水鱼洗的复制品到处可见,甚至已在一些旅游景点沦为公众娱乐的玩物。如今将鱼洗作为物理演示的“动手型”教具,同学们不妨亲自动手,亲身体验“驱鱼喷水”奇景,同时学习并研究鱼洗喷水现象背后包含着的如此丰富的物理。只有如此,方知奥妙无穷,更觉其乐融融! 参考文献 [1] 严燕来、梁华翰、孔令达等. 鱼洗振型浅析, 大学物理 1996, 15(2):41-44. [2] 王大钧.古代文物的力学性质研究.文物保护与考古科学 1993(5):35. [3] 赵凯华、罗蔚茵. 新概念物理教程: 力学. 高等教育出版社, 1995. [4] Shen, Sinyan, Acoustics of Ancient Chinese Bells, Scientific American, 256, 94 (1987). [5] Rossing T D. Wine Glasses, Bell Modes, and Lord Reyleigh. Phys. Teach, 1990,28:582. [6] 李约瑟.中国科学技术史.北京:科学出版社、上海古籍出版社,1999. [7] Paul A. Tipler. Physics for Scientists & Engineers. Worth Publishers Inc., 1991.
