关键概念
声音
声学
警报器
物理学
导言
您可能几乎每天都能听到它们：警报器。警车、救护车、消防车——它们都可能发出刺耳的鸣叫。它们凄厉的声音震耳欲聋，并且非常有效地清理前方的道路。但是您有没有想过这种巨大的噪音是如何产生的？在这个活动中制作您自己的简易圆盘警报器，自己找出答案。
背景知识
要理解警报器的工作原理，首先必须了解声音的物理学原理，声音基本上只是空气的运动。通过移动或位移空气粒子，您会产生声波，声波由一系列重复的高压和低压区域组成，这些区域以压力波的形式在空气中传播。空气粒子以来回运动的方式振动，这种振动发生的速率称为频率。
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最简单的警报器版本是一种机械装置，它将气流推向旋转的多孔圆盘。当圆盘旋转时，气流将被交替中断和允许通过。随之而来的气压波动会产生一系列规则的压力波，我们将其感知为声音。圆盘上的孔数决定了其频率。圆盘的旋转速度也会影响声音的音调，即其音高，并被听到为特有的凄厉警报声。您可以通过每秒旋转次数乘以圆盘上的孔数来计算音调的精确频率。
如今，电子警报器正在慢慢取代机械警报器设计。然而，许多消防车上的警报器仍然基于与圆盘警报器相同的原理。在这种设计中，电动机带动风扇在带槽的鼓筒内旋转。风扇从前方吸入空气，然后从侧面排出。当风扇开口与鼓筒中的槽对齐时，就会产生气爆。与多孔圆盘类似，风扇基本上将气流切割成单独的气爆，它们的频率决定了警报器的音高。
以上信息量很大。现在是时候使用自制的多孔圆盘警报器制造一些噪音了！
材料
量角器
厚卡纸
双面泡沫胶带
剪刀
铅笔
（数学）圆规
圆孔打孔器
无绳电动螺丝刀（应仅在成人协助下使用。）
小型六角批头
吸管
回形针或针
纸巾
成人助手
准备工作
用圆规在硬纸板上画一个半径为八厘米的圆。在同一个圆内画两个较小的圆，半径分别为七厘米和六厘米。
剪下最大的圆。
使用量角器，以相等的 15 度间隔画线穿过圆心。
拿起打孔器，在七厘米的圆上，在直线和圆的每个交点处打一个孔。
在最内侧的六厘米圆上，在直线和圆的每第二个交点处打孔。
您现在应该有一个圆盘，上面有两个同心圆环的孔，其中最外环的孔数是最内环的两倍。
剪下一小块双面泡沫胶带，将其粘贴在纸板圆盘一侧的中心。
用回形针或针在圆和泡沫胶带的中心扎一个小孔。
将小型六角批头放入您的无绳螺丝刀中。
拿起带孔的纸板圆盘，将六角批头穿过圆的中心小孔，使泡沫胶带朝向电动螺丝刀。使用泡沫胶带将纸板圆盘粘到无绳螺丝刀上，使其牢固地固定在螺丝刀上。
将无绳螺丝刀设置为最高档位。
步骤
拿起吸管，将手放在吸管前面，同时对着吸管吹气。您能感觉到空气流过吸管吗？仔细听。空气发出声音了吗？
请您的成人助手握住装有纸板圆盘的无绳电动螺丝刀。当附近有其他人时，请勿打开它。现在，让您的成人助手以最高档位运行无绳螺丝刀。圆盘发出声音了吗？除了无绳螺丝刀的声音外，您还听到其他声音吗？
接下来，让您的成人助手再次启动无绳螺丝刀，并保持圆盘以最高档位旋转。确保保持圆盘的旋转速度不变。在圆盘旋转时，拿起吸管并将其放置在距外圈孔约一到两厘米的前方或垂直位置，然后对着吸管吹气。确保您不要让吸管接触到圆盘。这次发生了什么？再次聆听；您的警报器发出声音了吗？您听到的是高音调还是低音调？
当圆盘仍在以相同的速度旋转时，将您的吸管移至与内圈孔对齐的位置，并对着圆盘吹气。您能再次听到声音吗？此音调与之前的音调有何不同？您认为声音发生变化的原因是什么？
停止无绳螺丝刀，从而停止圆盘的旋转。请您的成人助手再次缓慢启动它，但这次要注意圆盘速度。旋转速度始终相同吗？您可以使圆盘以不同的速度旋转吗？
一旦您和您的助手弄清楚如何创建不同的圆盘旋转速度，请再次拿起吸管并对着圆盘外圈的孔吹气。吹气时，更改无绳螺丝刀的速度，使圆盘以不同的速度旋转。当您更改速度时，警报器的声音会发生什么变化？与低速相比，高速设置下的音调听起来如何？您能解释您的观察结果吗？
最后，尝试以不同的旋转速度对着两个圆环的孔吹气。您能创造出逼真的凄厉警报声吗？
附加题：制作更多具有不同孔图案的圆盘，并听听它们的声音。如果孔不是等间距的会发生什么？如果您有一系列孔，然后是一个间隙，听起来会怎么样？
附加题：拿一张轻质纸，例如纸巾，让您的成人助手将其靠近旋转的圆盘后方（在他们的身体和圆盘之间）拿着，同时您对着吸管吹气。观察纸巾。纸巾会发生什么变化？它会移动吗？您能看到移动模式吗？（如果在此活动部分中您以相对较慢的速度旋转圆盘，则会有所帮助。）
观察和结果
您的警报器发出凄厉的声音了吗？单独对着吸管吹气可能不会产生警报声。您只产生了气流，正如您可能用手感觉到的那样，但没有产生压力波。此外，如果您只是用无绳螺丝刀旋转圆盘，您应该听到的唯一噪音是无绳螺丝刀本身。但是，一旦您用吸管将气流推向多孔圆盘，就会产生您可以听到的声波。这是因为您通过吸管吹出的空气会随着轮子的旋转而交替地从孔中喷出并被切断。如果您进行了纸巾的额外活动，您可能实际上看到了由断断续续的气流产生的波浪图案。您应该看到纸巾来回“拍打”，具体取决于空气是否能够通过孔。每个气爆都像一个单独的声波，许多气爆在一起会产生连续的声音。声音可能不是很纯净，但您可能能够检测到平滑的音符。
当您对着内圈（孔数只有外圈一半）吹气时，您应该注意到声音的音高降低了。具体而言，音调应该比外圈的音调低一个八度音阶，这意味着两个圆圈产生两个音高，频率相差一半或两倍。其原因是，随着孔数的增加，您增加了产生的气爆次数，从而增加了声波的频率。频率越高，音符的音高越高。因此，如果您将孔数减半，则产生的音调的频率应为一半。最后，如果您在对着圆盘吹气时改变圆盘的旋转速度，声音的音高也会发生变化。当圆盘旋转得更快时，气爆的频率再次增加，并且它们的声音音高升高。通过来回交替旋转速度从低速到高速，您可以创造出警报器特有的凄厉声。您在圆盘上生成的每个孔图案都会产生特定的声音——有时是平滑的音乐音调，有时是粗糙的噪音。试试看！
清理
您可以将纸板圆盘丢弃在您的回收箱中。
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