材料百态

小时候和父母一起去商场挑热水瓶都有这样的经验，向暖瓶内胆中吹口气，将内胆放到耳边，如果有很明显的嗡嗡声，说明这个胆的保温性很好。

这个方法很实用，但你想过这是为什么呢？这背后蕴藏着什么科学道理？

声波的产生及共振现象

要想明白这个问题，我们得先了解声波是如何产生的以及什么是共振现象？

声波是一种机械波，是由物体振动产生的。声音通过介质（如空气、水或固体）传播，当声源振动时，会在介质中形成压缩和稀疏的区域，从而产生声波。声波的频率决定了我们听到的音调，而声波的振幅则决定了声音的响度。

音叉共振

而**共振现象是指当一个物体受到与其固有频率相同或接近的外界振动时，会产生大幅度振动的现象。**共振现象在日常生活中十分常见，例如，当我们拨动吉他的某一根弦时，不仅该弦会振动，其他与该弦调谐的弦也会产生共振，从而发出声音。同样，热水瓶胆的嗡嗡声也是共振现象的结果。

热水瓶胆嗡嗡声的成因

我们知道，热水瓶的基本结构包括外壳、瓶胆和瓶盖。瓶胆是热水瓶的核心部分，通常由双层玻璃制成，中间是真空层。这种设计能够有效阻隔热传导和热对流，从而保持瓶内液体的温度。瓶胆的双层结构不仅能保温，还能隔绝外界的噪音。

热水瓶的基本结构

首先，我们来探讨一下，当你朝热水瓶内吹气并将其贴近耳边时，为何会听到持续的嗡嗡声？这是因为当我们吹气时，瓶内的空气会产生振动，这种振动在暖瓶的特定空间条件下会形成具有特定频率的驻波，而这种驻波正是声音的来源。实际上，任何含有“空气柱”的容器都可能通过这种方式发声，许多管乐器就是基于这一原理来发声的。

那么，为什么保温性能好的内胆会发出更响亮、更持久的声音呢？这就需要我们比较保温性能好的暖瓶与保温性能差的暖瓶之间的差异了。暖瓶的保温效果主要依赖于隔绝热传导：内胆由内外两层构成，这两层之间尽可能地形成真空状态。真空度越高，保温效果越好。这样，“声音响亮且持久”的现象就很容易理解了，因为内外两层之间的真空不仅阻断了热传导，还大幅减少了“空气柱”中驻波的能量耗散，能量耗散较小的驻波自然会发出更响亮、更持久的声音。

现在，让我们回到最初的问题：为什么即使在没有吹气的情况下，保温性能好的暖瓶放在耳边也能听到嗡嗡声？这实际上是因为暖瓶内的空气柱对周围空气中的“白噪声”进行了选择。我们周围的空气实际上一直在振动并产生声音，但这种振动是没有固定频率的，是一种不携带信息的“白噪声”。暖瓶中的空气柱对这种白噪声具有一种滤波作用，能够选择出与“空气柱”固有频率相匹配的声音，根据前面的介绍我们知道，当物体受到与其固有频率相同或接近的外界振动时会产生共振现象，因此我们听到的嗡嗡声正是共振产生的效果。在这里，白噪声扮演了类似于“吹气”的角色。然而，由于“空气柱”选择出的声音非常微弱，只有那些能量耗散更慢、保温性能更好的暖瓶，我们才能够听到这种微弱的声音。

生活中的其他共振现象

小时候去海边旅行，相信很多小伙伴都听过爸爸妈妈说的：把海螺放在耳边就能听见大海的声音。那么，为什么海边的贝壳里会传出海洋的声音呢？这些声音又来自哪里？

其实这个现象叫“贝壳共振”，它的原理和热水瓶发出嗡嗡声的原理其实是一样的。用一句话简单概括说就是——耳朵周围的噪音被贝壳放大了。我们平时都是处在被各种杂音包围的环境之中：四周的风声、电子设备的嗡鸣声、来往的汽车声等等，周围的所有这些声音加起来形成了有着固定频率的杂音——白噪音。

由于白噪音无处不在，我们的大脑会将之自动过滤，人耳也会自动适应，因此其中大部分的杂音我们是听不到的。当来自贝壳以外的振动或声音的频率与贝壳内腔固有的频率相同时，就会产生共振现象将声音放大。

当我们把贝壳罩住耳朵后会形成一个共振腔，根据贝壳形状大小不同会放大某些特定频率的声音，贝壳把耳朵周围的声波收集过来，在贝壳里面产生共鸣，这样我们就能听到环绕在我们周围的杂音，或说是放大了周围的杂音。由于贝壳内的空气振动起伏不定，所以这种共鸣声音和海浪声相似，人们便产生了美好的错觉，以为那是大海的声音。其实，贝壳里的海洋之声与大海毫无关系。

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