书城科普读物物理多大点事
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第55章 游鱼喷水洗的“表演”

上海博物馆珍藏着一件古代铜盆,这是四五百年前我国明代用青铜制造的脸盆,古时候叫“洗”。其四沿有宽边,上作对称之环耳一对;盆腹较浅,盆底铸有凸起的四尾鲤鱼的花纹,它们头尾互相衔接绕作环形,而每尾鱼口又向上成喷水状。所以这个青铜脸盆名为“游鱼喷水洗”,简称“鱼洗”。

这个“鱼洗”很有意思,它可以表演一个有趣的节目:首先把清水注入“鱼洗”内,然后用毛巾围成一个圈,垫在“鱼洗”的底部外沿。当你开始用双手掌轻轻往复摩擦“鱼池”的两侧环耳时,洗内水面便会出现轻微的波纹,并有数颗水珠不断跳出水面;经过约半分钟的双手均力摩擦后,再逐渐加力且提高摩擦频率,洗底就会出现四股水珠跳出水面,它们像腾空而起的四朵水花,足有一尺多高,很是好看,并不时发出“嗡嗡”的蜂鸣声,又像是精彩的表演伴奏!如果细心观察,你又会感到惊奇,因为那四股水珠正好在盆底铸有四尾鲤鱼图案的“鱼口”延伸处,四个方向的上方喷溅而出,仿佛水珠是从四条鲤鱼的口中喷吐出来一样。

这是什么原因呢?这一现象是在摩擦“鱼洗”两侧环耳以后才产生的,自然与振动有关。根据物理原理,任何物体都有自己固有的振动频率,如果再加上一个频率与它相同的外来的作用力,就会产生共振现象。而“鱼洗”喷水就是由于“鱼洗”与双手的摩擦产生了共振的关系,才出现的一种物理现象。根据现代科学的研究得知,此洗二耳中空,双手同时摩擦时即产生共振。在振腹即鱼须处振动最烈,传至水面便出现小波纹。由于不断摩擦,有些水点受到的作用力就会超过地心吸引力,此时水点就溅出水面。振动频率愈高(一般在二百赫左右,即每秒振动二百次),水点受到的作用愈大,水点溅出也愈高,最后水纹被激起超离水面,形成水点竞相喷射的奇观。

经常挑水的人有这样的经验,当迈着轻快而有节奏的步子时,肩上的扁担会很有节奏地颤动着,扁坦两头的两桶水也会很有节奏地抖动着。这时,桶里的水就会跳动起来,而且会从中间跳起一条突起的水柱。这条水柱就是由于扁担的颤动的频率,恰好与水桶固有的振动频率相同,而引起的共振振幅最大的地方。

由此可见,四五百年前明代的铸造匠人,他们并不懂得物理学,也没有精密的科学仪器,而凭借其勤劳和智慧,不仅发现了这种共振现象,并且根据其原理,有意识地做成这件器物,不能不令人为之惊叹!

科学小链接

共振实验

我们不妨作一个试验,在一块薄马口铁皮上撒上细细的黄沙,用拉胡琴的弓子拉马口铁的边缘。当弓子拉出的振动频率和马口铁本身固有的振动频率相同时,就产生了共振,使上面的黄沙非常有规律地蠕动着,逐渐形成非常有规则的波形图案。这也就是在一定的振动条件下产生的共振现象。