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响亮的声音能烹饪食物吗?

了解声音如何产生热量,以及科学家们如何对强大的声波进行实验。

作者:Paul M. Sutter
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声波的描绘。来源:Elesey/Shutterstock

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是的,声音肯定能产生热量。但你不能对着食物大喊来把它煮熟(抱歉了,戈登·拉姆齐)。

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我们称之为声音的东西,实际上是单个粒子有规律、有序的运动。当我们互相交谈时,我们会迫使空气通过喉咙的小开口,并用嘴巴进行塑形。这使得空气分子在离开时会以特定的模式聚集在一起。然后,这些空气分子会再次膨胀,挤压它们的邻居,这使得它们收缩,依此类推。

这种挤压和膨胀的重复会产生一个在空气中传播的波,最终撞击你的耳膜,迫使它以相同的模式振动,你的大脑会将其巧妙地解读为声音。

热量与运动

粒子的运动也会产生热量,但在这种情况下,运动是无序且随机的。如果你坐在温暖的篝火旁,火焰发出的红外辐射会照射到你的皮肤上。这种辐射的能量会使你皮肤上的分子振动、旋转,并普遍地摆动。


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一个粒子集合体所表现出的运动越多,其温度就越高(事实上,这就是温度的物理定义)。如果来自火焰的辐射将过多的能量传递到你的皮肤上,你的粒子运动就会变得如此剧烈,以至于损伤你的细胞,导致你烧伤。

声音可以产生热量,因为与辐射非常相似,通过空气传播的压力波也会将能量从一个物体传递到另一个物体。当声波撞击你的皮肤时,你皮肤上的一些粒子会以相同的频率或模式振动——如果你在听到强劲的低音时曾感到自己身体在振动,那么你就知道我在说什么了。

声音的导体

但你的皮肤并不完美。它有很多微小的凹凸不平、凸起和皱纹。声波并非以相同的方式同时撞击你皮肤的所有部分——例如,一部分声波在这里被吸收,而在那里被反射。因此,声波的有序运动很快就会退化为随机、混乱的运动,从而转化为热量。

空气本身也是如此。空气和水是优良的声音导体,因为空气和水分子很容易在不产生太多摩擦的情况下相互滑过,因此声波会不断重复。但是,偶尔空气或水分子会相互碰撞而不是保持节奏,久而久之就会累积起来。

如果有人从远处叫你但你听不到,声波的能量并没有消失,它只是让你们之间的空气稍微变暖了。

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声波转化为热量

将声音转化为热量的最佳方法是尽快将声波的有序运动转化为无序运动。吸音材料正是通过包含尽可能多的各种尺寸的凹凸不平,并用小空气袋填充自己来做到这一点。表面变化和空气袋的联合作用会破坏声波。


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虽然仅仅用声音加热东西在技术上是可能的,但在实践中却极其困难。声波几乎不携带任何能量。当你用手拍打桌子时,你听到的响亮的“啪”声代表碰撞能量的不到 1%——其余的能量直接转移到你现在疼痛的手上。海浪冲上沙滩发出的声音,其长度相当于一个足球场,其能量比一辆在高速公路上行驶的汽车的动能还要小。

换句话说,用你最强大的扬声器向一壶水猛烈播放声音,也无法将其温度提高到能让家用温度计读数的程度。

尽管如此,科学家和工程师们一直在尝试利用一种称为热声能量转换的过程来产生和聚焦强大的声波,并有效地将这些声波转化为热量(反之亦然),但这些技术仍处于高度实验阶段。然而,这些技术很有趣,因为它们可能代表了一种无需任何运动部件即可传输热量的方法,并且效率很高。因此,在遥远的未来,我们可能真的会用我们喜爱的音乐来烹饪夜宵。

  • 保罗·M·萨特

    保罗·M·萨特是一位理论宇宙学家、NASA顾问、“Ask a Spaceman”播客主持人,以及美国文化大使。他是《你的宇宙之位》和《如何在太空中死去》的作者。

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