NTCU科學遊戲Lab：魔音棒

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！

（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

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。