國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

魔音棒

能發出美妙聲音的棒子和管子

操作步驟與現象:

準備器材:金屬管(銅管、鋁管)、松香粉、排水管

(一)魔音棒

1.取中空的銅管或鋁管,直徑約一公分至三公分皆可,長度則約一公尺。

2.以拇指與食指握住金屬管的中央(重心),另一隻手塗抹松香粉之後,摩擦金屬管。

★注意:摩擦時是用力握住而快速的滑動!

來回幾次之後,金屬管開始發出響亮的聲音了!

  實驗影片觀賞 (4.9M)

(二)魔音管

 取表面有凹凸的排水管一隻(家庭五金行有售),握住排水管的一端,將手舉高之後,快速旋轉,就可以發出嗡嗡的聲音囉!而且隨著旋轉的速度不同,音調也會變化喔。

原理:

任何樂器能發出聲音都是因為讓空氣發生振動,當空氣的振動頻率達到耳朵聽得到的範圍,我們就感受到聲音了。

排水管能發出聲音,是因為快速旋轉時,空氣會由底端流通到旋轉的一端(伯努利定律),當空氣在管子內流動時,經過凹凸不平的管壁而被擾動,進而產生渦流(vertex),此原理如同長笛吹口,也是因為產生渦流而發出聲音。

而排水管發出特定音調的原因如下圖所示;聲音是空氣的一種疏密波(縱波),在管子中會因為共振而產生駐波(standing wave),而產生駐波時管子長度是半個波長的整數倍(圖中A~D分別為1~4倍),換言之共振會產生特定的頻率,因此排水管會發出特定的音調。

  而金屬管能發出聲音是因為手沾了松香粉(可增加摩擦力,如同小提琴的弓也會塗上松香)摩擦金屬管,使金屬管振動,類似提琴的弓滑過絃一樣而發出聲音。而空的金屬管比實心的金屬管效果好,則是因為中空的金屬管能提供「共鳴(共振)」的效果,如同吉他、提琴都有中空的音箱一樣,但是同一根金屬管只能發出一種音調。

叮嚀的話:

1.可以進一步比較中空的、實心的金屬管,發生的聲音,其響度、音調是否有差別?也可比較直徑不同金屬管的差異又是如何?

2.在旋轉排水管時,請留意不要打到他人。

3.同樣的,可以準備粗細不同的排水管,比較發出聲音的差異為何?

參考資料

1.http://www.exo.net/~pauld/activities/AAAS/aaas2001.html#bernoulli

2.http://www.nscdiscovery.org/TeacherTools/Word97/FiveToneTwirlingTubeAirPressure.doc

3.http://www.science-house.org/learn/demos/singingrods/index.html

4.http://www.arborsci.com/Data_Sheets/Files/SingingRods.pdf

5.徐彭伯堯、古長霖、蔡立民、傅學聖(2008)。旋音管裡的精靈。中華民國第四十八屆中小學科學展覽,高中組物理科。