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科學報 科學文摘 探索

為什麼在夜裏更容易聽到遠處火車的聲音?


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更新日期:2022211
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  來源: 科學世界

  你大概都會有這樣的經驗:在夜裏更容易聽到從遠處傳來的火車鳴笛聲、除夕的鐘聲或者建築工地的機器聲。

  許多人都會說,這是因為夜裏比白天安靜,所以容易聽到遠處的聲音。這只是原因之一。

  其實主要原因是聲音在夜裏的彎曲情況與在白天不同。原來,白天地面受到太陽光照射,被加熱變暖,結果使得靠近地面的空氣也隨之變暖。聲音具有在熱空氣中傳播速度更快的性質。於是,從地面發出的聲音的行進方向就會向上彎曲。所以,在白天,從地面發出的聲音難以傳播至遠處。

  在夜裏,地面冷卻,靠近地面的空氣也隨之冷卻。相對而言,這時上空的空氣的溫度較高,而地面附近的空氣的溫度較低。於是,同白天相反,在夜裏聲音在上空傳播的速度更快,行進方向改而向地面彎曲。所以,在夜裏聲音可以傳播至很遠,我們能夠聽到在白天聽不到的那些遠處的聲音。

  白天,上空的空氣溫度較低,聲音向上彎曲

  上圖表現了在白天火車鳴笛聲如何傳播的情形。白天,地面附近的氣溫較高。由於聲音具有在高溫空氣中傳播速度更快的性質,因而從地面發出的聲音發生向上彎曲的折射(A)。住在高處房屋(右下)裏的居民這時聽不到遠處火車的鳴笛聲。

  夜間,上空的空氣溫度較高,聲音向地面彎曲

  上圖表現了在夜裏火車鳴笛聲如何傳播的情形。夜裏,地面冷卻,地面附近的氣溫下降。這時,聲音在溫度相對較高的上空傳播的速度較快,因而從地面發出的聲音發生向地面彎曲的折射(B)。住在高處房屋(右下)裏的居民這時可以聽見白天聽不到的遠處火車的鳴笛聲。

amocity
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  聲音為何發生折射?

  為了說明聲音為什麼會發生折射,這裏將聲波比喻為一輛兩輪車。如圖所示,設想兩輪車從瀝青路面斜著向上滾入沙地。左側輪子先滾入沙地,速度立即變慢。此時,右側輪子仍然在瀝青路面上保持原來較快的速度不變。結果,兩輪車向左拐彎,作逆時針旋轉。聲音的折射,例如上文圖中白線小方框A內發生的折射,道理與此相同。

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