听到春雨中远处飘来教堂的钟声想到的

陈用挺

摘 要：从春雨中听到远处的钟声入手，分析影响声音传播远近的各种原因。

关键词：声音传播;湿度;气压

郊外远处教堂的钟声平时是听不见的，但春雨中就可以听到远处清晰的教堂钟声，通常都用空气的湿度大来解释可以听到钟声的原因。平时我们听不到远处的钟声，为什么空气湿度大就能听到远处的钟声呢？

一、网上的一种错误的观点

有人认为是小雨滴帮助传播了声音，声音在水中的传播速度是1500m/s，而在空气中的传播速度是340m/s，在水中传播得快，所以传播得远！有观点认为空气湿度大，同时温度相对较低，温度降低和下雨造成空气中存在大量小水滴，声音在液体中的传播速度远大于在空气中传播的速度，速度大，声音被吸收得慢，故可以传播更远。这种观点是错误的！其一、从理想情况来分析：声音传播得快不一定传播得远，声波传播得远近与声音的传播速度无关！从理论上分析在没有能量损失的环境里，即使速度较慢也可以传播到无限远的距离！其二、声音的传播需要能量，在声音的传播过程中，声音的能量会不断地损失。假设没有障碍物，声波在传播过程中，传播声波的介质会吸收声波的能量，当声源的振幅一定时，人距声源越近听到的声音越大，距声源越远听到的声音越小，距声源太远，声波的能量全部被介质吸收，我们就听不到声音啦！其三、在空气中传播的声波与小水滴相遇，声波若能通过小水滴，在小水滴中传播需要引起小水滴内很多水分子的振动，由于水滴的质量大，小水滴消耗声波的能量会比空气分子更多，声波不会传播得更远！

二、为什么春雨天声音会传播得更远

下雨天声音传播得更远，必须是春天的毛毛细雨！帮助传播声波的介质不是小雨滴，而是由雨滴蒸发成的水蒸气！水蒸气与小水滴传播声音的情景有本質上的区别，水蒸气的水分子与水分子之间是彼此分离的，而一个小水滴有无数个水分子，声音的能量引起一个水分子振动是很容易的，引起整个小水滴无数个水分子的振动就难很多！有水蒸气帮助声音传播，为什么可以使声波传播得更远呢？

空气中的氮气占78%，空气的所有气体氮气的比例最大，我们可以认为声波主要靠氮气传播。一个氮气分子的分子量是28，而一个水分子的分子量只有18。声波的能量引起水分子的振动比引起氮气分子振动容易得多。也就是声波在氮气分子中传播，由于氮气分子分子量比水分子量大得多，传播需要的能量也大得多，氮气分子吸收声波的能量也多很多！所以春雨天气声波有了水分子的帮助传播，声波的能量损耗少，会传播得更远。

三、大气压与空气湿度的关系

众所周知，冬天的大气压强比夏天的高，晴天的大气压强比雨天的高。我们每个人都处大气的包围之中，大气压与我们息息相关，气压高氧气含量充足，我们呼吸畅快，使人感到舒服！气压低氧气不够充足我们会感到沉闷，秋天气压相对夏天高些，所以有了秋高气爽一说！冬天的大气压强比夏天的高，晴天的大气压强比雨天的高，主要是大气压强与空气的湿度有关。夏天和雨天为什么气压低，主要是空气的湿度大，空气中的水蒸气含量大使得大气压降低！单位体积空气中所含水蒸汽的质量，叫做空气湿度。它实际上就是水密度。

为何空气的湿度大会使大气压降低呢？大气压产生的原因是大量分子撞击物体的结果，空气对物体单位面积上的压力等于大气压强。放在空气中的物体为什么会受到大气的压力呢？从微观原理分析是分子做无规则运动撞击的结果，某时刻物体单位面积受到的压力是：这个时刻无规则运动的空气分子撞击到物体表面的平均撞击力与物体表面积之比！在撞击物体表面分子数和分子速度相同的情况下，质量越大的分子撞击力越大，单位面积受到的压力就大，大气压强就大！一个氮气分子的分子量是28，而一个水分子的分子量只有18。夏天和雨天气压低，主要是空气的湿度大。在相同的条件下（气温相同、空气没有流动等），当空气湿度大时，因这空气中的水蒸气占据了空气的空间，接近地面的水分子把空气分子挤到其它空间去了。空气中空气分子减少水分子增多，除了空气分子撞击到物体表面外，还有水分子撞击。因为水分子的质量小于空气分子的质量，物体单位面积上平均撞击力减小，使得大气压降低！

四、影响声波传播远近的其它因素

声波传播的远近与声波的频率是否有关呢？声音在空气中传播时，不同频率的声波被空气吸收的程度是不同的。如夏天蝉的叫声由于蝉羽振动频率高，产生高频声波容易被空气吸收，在近处虽然叫声很高，但在较远处就听不到其叫声了。反之，大钟发出宏亮低沉的声音，传播的声波频率较低，被空气吸收得较少，因而钟声传得远。

参考文献

[1]刘丽红.《声音的传播》课堂实录及评析[J].科学课，2005，22（3）：38-39。

[2]兰朝凤.水介质中声波非线性相互作用的研究[D].哈尔滨工程大学，2012。