看見看不見的「聲音形狀」！用平板與水探索共鳴的奧秘（氣柱共鳴實驗）

我是科學訓練師桑子研。每天都是一場實驗。

「聲音」是看不見的。但如果你能透過計算與實驗，精準捕捉到這看不見的聲波，是不是會覺得有點感動呢？這次，我們要介紹一堂結合最新平板電腦和傳統水與管子的實驗課，來解開聲音速度與波形之謎的「氣柱共鳴」實驗。請一邊想像著看不見的「空氣振動」，一邊閱讀吧！

結合平板電腦與傳統實驗，讓「聲音」看得見！

在 NALICA 科學學院，我們積極推廣在理科實驗中活用平板電腦。昨天我們進行了利用壓克力管和平板電腦來操作的「氣柱共鳴」實驗。這個實驗的原理雖然簡單，但卻充滿深度。我們利用平板電腦裡的訊號產生器 App，在壓克力管中持續發出特定頻率的聲音。接著，上下移動管子下方連接的水容器，藉此改變管內水面高度（即閉管長度）。

接著，你會發現，當水面到達某個特定高度時，聲音會突然「嗡—！」地變大。這就是所謂的共鳴。

找出聲波的「節點」與「波腹」！

仔細聽，你會發現聲音變大的位置不只一個。我們嘗試改變管長，並測量發生共鳴時的閉管長度。

這時，在管子內部產生了一種彷彿波形靜止不動的現象，稱作駐波。找到聲音變大的位置，其實就等於是找到了空氣振動最劇烈的地點（波腹）。透過這個實驗，我們可以從連續兩次共鳴時閉管長度的差值，計算出聲速。

【動動腦】空氣是「跑」出去一點點了嗎？揭開「管口校正」的秘密！

接下來，讓我們來解一個物理小謎題吧！在進行這個實驗時，我們會遇到一個現象，那就是「理論計算的波長」和「實際測得的管長」會有些微不符。

某個小組進行共鳴實驗後，發現第一次共鳴發生在距離管口0.415m的地方。他們另外測量了連續兩個共鳴點之間的距離（即半波長），計算得出波長是 0.34m。

接下來，我們就要根據這些數據來推測管內產生了什麼樣的駐波，並求出管口校正量。

＜提示＞ 波長是 0.34m，表示基本振動（1/4 波長）的長度為 0.34 ÷ 4 ＝ 0.085m。這次的共鳴點 0.415m，非常接近 0.085m 的 5 倍（0.425m）。也就是說，這裡發生的是「五倍泛音」（或稱為第三個共鳴點）。

然而，理論值是 0.425m，實際測量卻只有 0.415m。這之間的差距，就是聲音從管口「稍微溢出」到管外振動的長度（即管口校正量）！

0.425m － 0.415m ＝ ？？？

請問答案會是幾公分呢？（答案就是 1cm 喔！）像這樣，結合實驗數據與理論計算，連看不見的空氣「溢出量」都能測量出來，這就是物理實驗最迷人的地方啊！

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