核心概念
声音
物理学
音乐
共振
介绍
感恩节是一年中美好的时光，朋友和家人欢聚一堂。桌子上摆满了美味的食物——丰盛的盛宴——甚至可能有一些精美的餐具和玻璃器皿在桌子上，使庆祝活动更加特别。但是您知道您可以让酒杯唱歌吗？也许您以前做过很多次，但是您有没有想过为什么酒杯会发出这种声音？做这个活动，您不仅可以让酒杯唱歌，而且还将学习如何产生不同的音符；您甚至可能会受到启发演奏一首小曲。
背景
自中世纪以来，玻璃杯一直被用于制作音乐。第一种由直立酒杯制成的乐器被称为玻璃竖琴，大约在1750年发明。大约10年后，本杰明·富兰克林——美国国父之一——发明了一种玻璃竖琴的机械版本，称为玻璃琴。这两种乐器都基于通过摩擦产生音乐音调的原理。那是什么意思呢？
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当您用湿润的手指沿着玻璃杯的边缘摩擦时，当您的手指在玻璃表面移动时遇到阻力或摩擦时，您的手指会粘在玻璃上。但是，手指上的水会使您的手指滑动，因为它形成了一个减少摩擦的缓冲垫。当压力和水分量恰到好处时，这种所谓的粘滑运动（手指和玻璃杯边缘之间的轻微摩擦）会在玻璃杯的侧壁引起振动。玻璃杯的侧壁将振动传递到周围的空气中，从而产生具有特定频率的声波。频率指定振动发生的速率，通常以每秒或赫兹（Hz）为单位进行测量。存在一个特定的频率，称为共振频率，玻璃杯的侧壁在该频率下最容易振动。酒杯的共振频率通常在人类听觉范围（20-20,000 Hz）内，这就是为什么您将由此产生的共振振动听到音调的原因。现在让我们制作一些音乐，您可以演奏您自己的酒杯乐器。
材料
酒杯和小心使用它们的许可（可选：不同尺寸和形状）
水
带刻度的液体量杯
金属勺
乒乓球（可选）
半音调音器（可选，可作为免费手机应用程序使用）
钢琴或键盘，用于比较音符（可选）
准备工作
找一个可以容忍少量水 spill 的工作区域。
小心地收集您的酒杯和量杯以及一些水。
用洗洁精洗手并彻底冲洗干净。
步骤
取一个空酒杯，将其放在您面前的桌子上。
用非惯用手按住玻璃杯的底座。
用干燥的手指轻轻按压玻璃杯的边缘并摩擦。观察感觉。您的手指是粘在玻璃上还是在边缘上平滑滑动？您听到声音了吗？
用清水润湿惯用手的食指。
再次用手指轻轻按压玻璃杯的边缘并摩擦。与干燥的手指相比，感觉有什么不同吗？这次您感觉到的阻力有多大？玻璃杯开始唱歌了吗？提示： 如果您听不到声音，请尝试改变速度并对边缘施加或多或少的压力。
当您听到玻璃杯唱歌时，停止沿边缘摩擦手指并将手指从玻璃杯上移开。玻璃杯会继续唱歌还是停止？
现在让玻璃杯再次唱歌，并停止沿边缘摩擦手指，但这次将手指留在玻璃杯的边缘上。这次声音会发生什么变化？
拿起金属勺，非常轻柔地敲击玻璃杯的侧面。与您用手指使玻璃杯唱歌时相比，这会产生不同的声音或音符吗？
如果您正在使用半音调音器，请使用它来确定用手指摩擦或用金属勺敲击时玻璃杯发出的音符。您还可以将音符频率与钢琴或键盘上发出的音符进行比较。玻璃杯产生了什么音符？您可以唱出相同的音符吗？
现在将玻璃杯装满三分之一的水，然后重复该步骤。玻璃杯现在发出什么音符？是更高的音调还是更低的音调？
在发出声音时，仔细观察玻璃杯中的水面。水面保持平静还是您看到任何扰动？
再次拿起金属勺，非常轻柔地敲击玻璃杯的侧面。您再次听到相同的音符还是不同？
同样，您可以使用半音调音器的读数来确定用手指摩擦或用金属勺敲击时玻璃杯发出的音符。您还可以将音符频率与钢琴或键盘上发出的音符进行比较。这次玻璃杯产生了什么音符？与之前的音符有什么不同？如何不同？
向玻璃杯中加入更多的水，使玻璃杯装满三分之二的水。再次用湿手指摩擦玻璃杯的边缘。声音的音高如何随不同的水位变化？声音变高还是变低了？
最后一次拿起金属勺，非常轻柔地敲击玻璃杯的侧面。您产生了什么音符？
比较您在三个水位（空、三分之一满和三分之二满）时产生的三个音符。您能找到玻璃杯中的水位与产生的音符音高之间的关系吗？
如果您正在使用半音调音器，请再次使用它来确定用手指摩擦或用金属勺敲击时玻璃杯发出的音符。您还可以将音符频率与钢琴或键盘上发出的音符进行比较。
附加内容： 尝试使用不同尺寸和/或形状的酒杯进行此活动。玻璃杯的尺寸或形状如何改变其声音？您能否就玻璃杯的尺寸/形状与其共振频率之间的关系得出任何结论？
附加内容： 将一个玻璃杯靠近另一个酒杯，使其唱歌。现在握住它以停止声音。第二个玻璃杯会唱歌吗？
附加内容： 取一个空酒杯，并在其中放入一个轻质物体，例如乒乓球。用湿手指摩擦玻璃杯的边缘，一旦玻璃杯开始发出声音，将玻璃杯倾斜到一侧。小心不要将乒乓球掉到地板上。继续摩擦玻璃杯使其唱歌并观察里面的球。球会发生什么变化？它是静止地贴在玻璃杯的壁上还是会移动？
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观察和结果
您可以用干燥的手指使酒杯唱歌吗？可能不会，因为您的手指和玻璃杯边缘之间有太大的摩擦力。为了产生粘滑运动，手指必须稍微湿润。但是一旦条件合适，玻璃杯应该会发出清晰而优美的声音。通过用手指沿玻璃杯边缘摩擦，您使玻璃杯的壁振动；您甚至可能在手指上感觉到了振动。当您将手指从玻璃杯上移开时，玻璃杯壁会继续振动，因此仍然会产生音符。但是，如果您停止摩擦边缘并将手指留在玻璃杯上，您的手指将停止振动，声音也会停止。在装满水的酒杯中，您实际上应该能够看到产生的振动，其形式是形成的小波纹图案，尤其是在玻璃杯壁周围。如果您做了带有乒乓球的附加活动，您也可能使振动可见。当球每次与玻璃杯边缘接触时，都会被壁的振动推来推去，球应该在玻璃杯内跳舞。
在每种情况下，当您用金属勺敲击玻璃杯时，您都应该听到与您用手指时相同的音符。使用金属勺只是另一种使玻璃杯壁振动的方法，因此玻璃杯产生的声波保持不变。有时，如果将一个玻璃杯放得非常靠近另一个玻璃杯，即使是一个玻璃杯的振动也可能使另一个玻璃杯振动和唱歌。但是，当向玻璃杯中添加不同量的水时，您应该注意到声音的音高会根据水位而变化；您向玻璃杯中添加的水越多，您听到的声音的音高就越低。这是因为玻璃杯内部的水量使其变得更重，因此玻璃杯壁更难以振动。这意味着由振动产生的声波慢得多或频率较低。由于音符的频率与其音高相关，因此随着您添加更多的水，玻璃杯产生的音高会降低。如果您可以使用多个玻璃杯，则可以尝试不同的水位或玻璃杯形状和尺寸；每个玻璃杯都将具有不同的共振频率，并将产生不同的音符。尝试找到不同的玻璃杯并改变水位以产生音阶的每个音符。您可以用您的玻璃竖琴演奏一首简单的歌曲吗？
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