「共振」是一個奇妙的自然現象，以下三個簡易的實驗，可以讓我們一窺共振的奧妙！

實驗一

這是一個「聲音滅火」的實驗，相當有趣。首先準備工作如下：(1)需要一台具有吹氣功能的吸塵器，通常乾濕兩用的吸塵器有吹風口，將管子插進去就可以吹氣。但是由於吹出的氣含有灰塵，請務必戴口罩。(2)取一條鐵絲，將前端稍微彎折，再插上一支短的小蠟燭。(3)擋風的透明隔板，建議使用壓克力板，如果無法取得，使用厚紙板也可以。實驗步驟如下：

1.先將隔板放在實驗桌中央，隔開二個大小一樣的小量筒，將鐵絲上的蠟燭點燃，放在左邊量筒的頂端，如圖一左邊。

2.取另一個同樣大小的量筒，塞滿報紙後，放在右邊。然後以吸塵器管子對著量筒的頂端吹氣，如圖一右邊；結果吹不出聲音，而左邊的蠟燭幾乎不受影響，繼續燃燒。此步驟是為了證明右邊吹氣不會影響左邊蠟燭的燃燒。

3.再以空的量筒取代塞滿報紙的量筒，如圖二；結果吹管一吹氣，不僅可以發出聲音，而且左邊的蠟燭立即熄滅了！

4.接著以口徑一樣，但是較高的量筒取代放蠟燭的量筒，如圖三；結果右邊吹管吹氣發出聲音之後，蠟燭不會熄滅，一直燃燒。實驗結果顯示，左右兩邊的量筒大小一定要同樣大小，才能讓量筒頂端的蠟燭熄滅！

5.以上的實驗發現蠟燭在量筒的頂端會熄滅，接著探討：蠟燭放在量筒的內部是否也會熄滅？為了避免因為量筒太小，空氣（氧氣）不足的因素而熄滅，因此以下實驗使用二個一公升的大量筒。

6.首先將蠟燭放到量筒底部，結果不會熄滅（如圖四）。將蠟燭慢慢提高，結果到達約三分之一高度時，蠟燭熄滅了！（如圖五）。此外，蠟燭放在二分之一高度時，也會熄滅。

7.將點燃的蠟燭放在約三分之二的高度，蠟燭不會熄滅（如圖六）。接著將蠟燭慢慢提高，接近洞口時，蠟燭熄滅了！（如圖七）

8.如果將蠟燭放在洞口頂端的上面，蠟燭不會熄滅！（如圖八）

實驗二

聲音的共振除了會影響蠟燭的燃燒，也可以讓吸管隔空跳舞喔！實驗過程如下：

1.取二個一樣大小的玻璃杯，間格約1公分，不可互相接觸，如圖九；再剪一小段吸管放在右邊玻璃杯的杯口上。

2.手指頭沾水之後，在左邊的玻璃杯杯口上摩擦，使玻璃杯發出聲音，如圖十。結果可以看到吸管開始跳動，最後會跳進玻璃杯或是掉到下面。（玻璃杯發出聲音的摩擦技巧，請參見「玻璃音樂」）

實驗三

利用一支十塊錢的「抓頭器」（圖十一），可以更簡便的呈現共振現象。抓頭器有長、短相間的鐵絲，分別各有六根。首先抓著短的鐵絲，拉開後放掉，結果所有短的鐵絲一起振動，長的鐵絲不會振動（如圖十二）。反之，抓著長的鐵絲，拉開後放掉，結果所有長的鐵絲一起振動，短的鐵絲則不會振動（如圖十三）。

實驗影片觀賞 (27.2M，請打開喇叭) 

在物理上「共振（resonance）」是指兩個（或兩個以上）物體的振動頻率相同，當一個物體開始振動，會引起其他物體一起振動的現象。自然界有很多事物會發生共振現象，包括聲音、電磁、地震、單擺等等。

實驗二與實驗三分別是玻璃、鐵絲的振動，可以驗證當物體的振動頻率相同時，一個物體的振動，可以使另一個物體跟著振動。而實驗一蠟燭的熄滅是由於聲音（空氣）的共振！

量筒會發出聲音，是因為有中空的「空氣柱」，如同笛、簫、管風琴等樂器，只要適當的角度與氣流量就可以發出聲音。量筒發出聲音之後，再引起另一個量筒的空氣柱共振，而使蠟燭熄滅。

量筒中的空氣柱，是一端閉口，一端為開口的肯特管（Kundt's tube）。如圖十四所示，聲音是一種疏密波，因此以藍色代表空氣較密區域，白色代表空氣較為稀疏區域。而紅色曲線是類比為高低波，以方便說明。當中空管柱發出特定頻率時，空氣在管子中振動會產生駐波（standing wave），形成波腹（antinode，振幅最大、空氣密度最小）與波節（node，振幅最小、空氣密度最大）。而聲音的波長與管子長度有一定的關係：管子長度是聲音波長的n/4倍（圖十四A～D的n分別為1、3、5、7）。

由圖十四可看出，無論何種情形的共振，瓶口頂端都是空氣密度最小的區域（白色區），亦即氧氣濃度較低，因此只要能發生共振，蠟燭在瓶口都會熄滅！而短的量筒的實驗結果發現，蠟燭只有在量筒頂端會熄滅，在量筒裡面都不會熄滅，因此量筒的共振情形可能為A。而一公升量筒的實驗發現蠟燭熄滅的位置為頂端、1/2高度、1/3高度，可推測共振的情形可能為C。

想要「聲音滅火」，未必需要利用共振，也可以直接使用喇叭（揚聲器）。根據參考資料1，美國西喬治亞大學的學生曾經用3 個低音喇叭（揚聲器）播放音樂，大約10 秒將燭火熄滅。而且進一步發現燭火遇到40～50赫茲的聲頻就會熄滅。而參考資料2指出，2015年美國維吉尼亞州喬治梅森大學工程系學生特蘭（Viet Tran）與電機工程系學生羅伯森（Seth Robertson）將裝置縮小到可隨身攜帶的大小。結果發現，用音樂滅火完全無用，因為音樂的頻率不斷在變化。改用單一聲波時，2到3萬赫茲的高頻率聲波，只會讓火焰顫動，沒有滅火效果，這是因為頻率越高、波長越短，真空區間很快就會被高密度區間取代，所以只會讓火焰發抖；當頻率低到 30 到 60 赫茲時，真空區間就長到可以讓火熄滅。

1.實驗一「聲音滅火」的操作，吹氣管在量筒洞口，必須略為傾斜才能吹出聲音，如同吹奏長笛、洞簫時，嘴唇的位置必須在特定角度才能吹出聲音。另一方面，不要使用塑膠製的量筒，以免受到蠟燭燃燒的熱量影響而變形。

2.實驗二使用的玻璃杯，體積越大效果越明顯。因為中空的玻璃杯，有如吉他的音箱有共振效果，可以使音量變大。此外，購買的玻璃杯就算外觀尺寸一樣，但是未必共振頻率就會一樣，因此實驗前必須先比較二個玻璃杯發出聲音的音調是否一樣？如果有差別，則音調較高的玻璃杯加入一些水，以增加質量降低音調，直到二杯音調一樣為止。

3.本實驗的操作難度不高，國小中年級即可進行本實驗，但是原理概念適合國中以上。在教學上可以指導學生討論與實驗以下問題：(1)由實驗一已知，二個量筒高度不一樣，蠟燭不會熄滅（圖三）。試驗一下，在較高的量筒加入一些水，要加入多少水，蠟燭才會熄滅呢？還是都無法熄滅？(2)在聲音滅火的實驗，二個量筒高度一樣，但是口徑不一樣，可以將蠟燭熄滅嗎？為什麼？(3)以鐵絲製作實驗三的抓頭器，但是改成三組長度不一樣的鐵絲（每組4根），試驗是否可以分別共振呢？(4)問題討論：實驗一的量筒加水後音調越低或越高？實驗二的玻璃杯加水後音調越低或越高？為什麼不一樣呢？（註：前者加水越多，音調越高，後者則相反）

1. 王道還（2008）：科技新知：聲波滅火。科學發展，423，81.

2. TechNews 科技新報：http://technews.tw/2015/04/04/when-it-comes-to-putting-out-fire-gmu-students-show-its-all-about-that-bass/

3. 科技部高瞻自然科學教學資源平台：http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=19239

4. 國立臺灣大學普通物理實驗室：http://web.phys.ntu.edu.tw/gphyslab/modules/smartsection/itemf623.html?itemid=14

5. 東吳大學物理演喻教室：http://ftp.scu.edu.tw/scu/physics/demo.scu.edu.tw/T4/t4.htm

6. Toys from Trash：http://www.arvindguptatoys.com/toys/Resonance.html

7. YouTube影片：

(1) https://www.youtube.com/watch?v=AKm1l_F0DUQ

(2) https://www.youtube.com/watch?v=DanOeC2EpeA

(3) https://www.youtube.com/watch?v=uPVQMZ4ikvM&feature=youtu.be

(4) https://www.youtube.com/watch?v=JA_wb0kpvp0