同济大二上-鱼洗实验.doc

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1、“鱼洗”的原理——物理实验探索报告11月19日,我和同学们一起去瑞安楼参观了物理探索实验室。在其中一个实验室里的桌子上放着一个鱼洗。有的同学能搓出很高的水花，有的人却搓不出来，有的人能搓出多个喷水点,有的人却不行?这中间到底有些什么技巧和科学原理呢？通过询问老师和上网查询，我们找到了鱼洗的一些知识和相关科学原理。1．鱼洗简介：古代称“洗”的东西，形状颇似今天的洗脸盆，有木洗、陶洗和铜洗。盆里底上刻鱼的称鱼洗，刻龙的称龙洗。这种器物在先秦时期已在人们生活中被普遍使用。然而，有一种能喷水的铜质鱼洗，是在唐宋期间发明的，一般称它喷水鱼洗。喷水鱼洗，内底饰四条鱼纹，鳞尾毕具。洗里盛水后，用手摩擦它

2、外廓上的双耳，立即发出响亮的嗡嗡声，继而盆里出现美丽的浪花，水珠四溅，大有飞泉之妙。摩擦越快，声音越响，波浪翻腾，水珠喷射越烈。鱼洗何以能喷水？当然不是洗内刻画的鱼或龙突显神通，而是有它的科学道理。2．鱼洗的原理：相关物理理论：物体在周期性外力---策动力作用下的振动，叫受迫振动。当策动力的频率与物体的固有频率相等时，物体的振幅最大，振动最厉害,这种现象叫共振。说明：鱼洗水花四溅、铜盆嗡嗡作响是因为手对盆耳的磨擦频率与铜盆盆腔的固有振动频率相同，引发共振而起的。铜盆的振动传到水里，引起水波，但由于“洗”底的限制，使它所产生的波动不能向外传播，于是在“洗”壁上入射波与反射波相互叠加而形成驻波

3、。驻波中振幅最大的点称波腹，最小的点称波节。这与弦乐发声的原理是相同的，产生驻波的同时，在周围空气中发出声波。在洗周壁对称振动的拍击下，洗里的水发生相应的简谐振动。在洗的振动波腹处，水的振动也最强烈，不仅形成水浪，甚至喷出水珠；在洗的振动波节处，水不发生振动，浪花、气泡和水珠都停在不振动的水面波节线上。因此，在观赏鱼洗喷水表演时，看到鱼洗水面有美丽浪花和喷射飞溅的水珠。做受迫振动的物体的频率与振源相同。水与空气在洗壁的作用下作受迫振动，所以水与空气的频率相同，且等于洗壁振动频率。声音由浑厚变尖锐，说明其频率变大，则水的频率在变大，水波速度不变的情况下由知，波长λ随频率f的增大而减小，洗壁周

4、长一定的情况下，波长λ减小，则波的个数变多，波腹增加，即喷水点变多。水面花纹由4变8,由8变10,由10变12的过程中,可以由摩擦时所发出的声音来判断是否花纹要变化了。 3．影响水花高度的因素：第一个因素：是否打湿手掌或洗耳。老师一般演示的时候，第一个步骤就是打手掌打湿，那么这是不是必须的呢？我们经过实验发现，手掌和洗耳如果都不打湿的话，搓动的时候会感到特别滑，没有阻碍，手掌和洗耳打湿其中一个都能起到同样的效果。从平时的操作中，尤其是在看其它一些新手的操作中发现，湿手在来回搓动时较为平滑，而手较干时搓动则常常出现停顿，并引起鱼洗盆的整体移动，从而不能达到连续一致的搓动，以保持稳定的频率，导

5、致不能出现明显的共振现象。故打湿手掌或洗耳是必要的步骤。在操作中还发现，如果你的手上涂有护手霜之内的油脂的话，那么是很难搓出水花来的，因为摩擦力太小。第二个因素：搓动的位置。操作熟练后发现，鱼洗“双耳”的上部、左部、右部均匀搓动时，均能出现明显振动。用手指、手掌搓动，均可搓出水花，由于手掌中后部较平，故搓动时接触面较大，能得到较大的摩擦力。对新手来说，应该用手掌来搓动，并且从洗耳的前部往后部搓动，尽量增长在洗耳上搓动的长度，使原有的频率稳定,并给洗以较多的能量,故较易成功。第三个因素：搓动的方式。如果在原有的操作台上，效果较为明显的是双手同向搓动，以下几种：①双手反向搓动②两人双手搓动（可

6、不同向）③单手搓动，稍不协调就会导致鱼洗底部发生移动，使效果不明显。观察到这个现象后，我们尝试将鱼洗装入盛有细沙的盆内，用沙对洗底稍加固定，大大的改善了试验的效果。实验中发现：一般使用第一种方式单向搓动搓出的水花较高，这是由于此种方式较易做到双手协调同步，达到一个适合产生共振的频率。这也是一般操作者常用的方式。4．总结：表现中国古代人聪明才智的是，鱼洗中四条鱼的口须（又称喷水沟）总是刻在鱼洗基频振动（四节线）的波腹位置。这证明，古代工艺师了解圆柱形壳体的基频振动。它的效果是能引起鱼在跳跃的错觉。这样，在一个小小的器皿中，把科学技术、艺术欣赏和思辨推测三者结合在一起。这种深邃的智慧和精湛的技

7、艺，不能不令人惊叹！中国古代就发现和解释了包括鱼洗喷水在内的物理现象，古人在科学研究方面取得的伟大成果和现代我国在科学方面与世界顶尖国家的差距更让我们认识到，作为当代人，站在前人的肩膀上应该背负更沉重的使命，谨以“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”作为自勉。