关键概念
声音
音乐
物理学
声波
频率
导言
你有没有想过乐器是如何发出美妙的声音的？ 这都归结于科学！ 为了发出特定的音符，乐器必须产生特定大小的声波。 因此，你听到的音高实际上只是一系列大小相似的声波在空气中传播并撞击你的耳朵。
当然，大多数乐器都能够产生许多不同的音符——或不同大小的声波。 许多乐器通过改变乐器部分部件的长度来实现这一点，例如钢琴或吉他中的琴弦，或者长号的可调节气柱或木琴上不同长度的琴键。 在这项科学活动中，你将使用饮用吸管制作自己的乐器，并探索改变吸管的长度如何改变它们产生的音符。
背景
声音是由振动产生的。 振动推拉空气分子，改变它们周围的气压。 推力导致空气局部压缩（压力增加），拉力导致空气局部稀疏（压力降低）。 压缩和稀疏作为 波，从原始声源迅速通过空气传播，从而产生声音。 声音本身就是一种波，一种气压变化的模式。
对于声波，波的频率对应于声音的感知音高。 频率越高，感知音高越高。 从技术上讲，波的频率描述的是在一定时间内发生的波的周期数。 这是以赫兹 (Hz) 为单位测量的，单位是周期/秒。 平均而言，人类听觉的频率范围从低端的 20 Hz 到高端的 20,000 Hz。
在弦乐器上，例如吉他或钢琴，当琴弦被拨动（吉他）或敲击（钢琴）时，它会振动并在琴弦上产生驻波。 这些振动传递到乐器的音板，从而放大声音。
材料
至少两根塑料或纸质饮用吸管
剪刀
钢琴、电子键盘或其他可以产生音阶的乐器（可选）
准备
关于支持科学新闻
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剪断其中一根饮用吸管，使其长度为另一根吸管的一半。你认为不同的长度会如何影响吸管发出的声音？
拿起其中一根吸管，将吸管一端约一英寸处压平。 你可以用牙齿或用手指或指甲捏住来压平它。
在同一根吸管上，用剪刀在压平端的两侧各剪一个小角度的切口。 这应该使吸管的末端在压平时类似于“V”形，但在末端没有尖头（末端应该留下一个短的、平坦的、未切割的部分）。
对另一根吸管重复此操作，使两根吸管的一端都有小角度的切口。
步骤
将较长吸管的切割端插入你的嘴里。 将切口定位在嘴唇内侧。 然后将嘴唇向下和向内弯曲一点，并用嘴唇对吸管施加轻微压力。 你认为为什么需要对吸管施加压力？
对着吸管吹气。 你听到了什么？ 切割端应该会振动并产生音调。 你可能需要稍微移动吸管以找到产生音符的最佳位置。 可能需要一些练习和反复尝试才能产生恒定的单音。
现在用相同的方法对着较短的吸管吹气。 这次你听到了什么？它与你用较长吸管听到的声音相比如何？ 同样，你可能需要尝试对着吸管吹几次气才能使其产生恒定的单音。
额外内容：如果你有钢琴、电子键盘或其他乐器，你可以尝试将吸管发出的音符与真实乐器上的音符进行比较。 你能弄清楚吸管发出的是什么音符吗？ 你能说出两个音符之间的关系是什么吗？ 较短吸管发出的音符与较长吸管发出的音符相比如何？
额外内容：你可以尝试重复此活动，但使用八根吸管，并尝试切割它们，使每根吸管产生音阶中的一个音符。 例如，对于以 C 开头的音阶，这八个音符对应于钢琴上的白键：C、D、E、F、G、A、B、C。 有关如何执行此操作的详细信息，请参阅“更多探索”部分中的科学伙伴项目想法。 你能用八根切割成不同长度的吸管制作音阶吗？
额外内容：其他乐器也很容易制作！ 你可以通过在苏打水瓶中装入不同量的水并对着瓶口吹气，或者在酒杯中装入不同量的水，并用干净、略湿的手指沿杯口边缘摩擦以引起振动来制作多个音符。 当你改变这些乐器中的水量时，它们产生的音符会如何变化？ 你能用它们演奏音阶或歌曲吗？
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观察和结果
较短的吸管是否比较长的吸管发出音调更高的声音？
声音的音高对应于声波的频率。 频率越高，感知音高越高。 较短的吸管应该比较长的吸管产生频率更高的声波，因此较短的吸管应该比较长的吸管发出更高的音高。
事实上，由于较短的吸管长度是较长吸管的一半，因此较短的吸管应该产生的频率是较长吸管频率的两倍。 （这基于一个数学方程式，该方程式描述了开放圆柱体中产生的频率如何受圆柱体长度的影响，其中频率等于声速（应该是恒定的）除以圆柱体长度的两倍。 有关此方面的资源，请参阅“更多探索”部分。）当一个声波的频率是另一个声波频率的两倍时，音高相差一个八度音阶。 例如，中央 C 音符的频率为 262 Hz，而高八度音阶的 C 音符的频率为 524 Hz（或 2 乘以 262 Hz）。 但是，你可能会发现，在此活动中，可能需要一些练习才能使用吸管乐器产生恒定的单音。
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