關鍵概念
物理學
聲音
波
生物學
引言
你有沒有聽過水下的噪音？聲音在水中的傳播方式與在空氣中不同。要了解更多，請嘗試製造自己的水下噪音並仔細聆聽。
背景
聲音是由振動產生的波。這些振動會產生粒子密度較高和較低的區域。因此，聲音需要介質才能傳播，例如空氣、水，甚至固體。
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聲波在密度更高的物質中傳播得更快，因為相鄰的粒子更容易相互碰撞。以水為例。一瓶水中的粒子數量大約是同樣裝滿空氣的瓶子的 800 倍。因此，聲波在水中傳播的速度比在空氣中快得多。例如，在室溫下的淡水中，聲音的傳播速度比在相同溫度下的空氣中快約 4.3 倍。
聲音在空氣中傳播時，隨著你離聲源越來越遠，聲音很快就會變得不那麼響亮。這是因為波的能量很快就會在傳播過程中丟失。當聲音透過水傳播時，它的能量會保持更長時間，因為粒子可以更好地攜帶聲波。例如，在海洋中，座頭鯨的聲音可以傳播數千英里！
水下聲波以更快的速度到達我們，並且 保持其強度更長，這似乎應該讓我們在水下時感覺到這些聲音更大。然而，人耳是為了在空氣中聽到聲音而進化的，當浸入水中時，它的作用就不那麼大了。我們自己的頭部充滿了含有水並且可以在水下傳播聲波的組織。當這種情況發生時，振動會繞過鼓膜，鼓膜是耳朵中為了接收空氣中的聲波而進化的部分。
聲音還會與兩種不同介質之間的邊界相互作用，例如水面。例如，水和空氣之間的邊界會將幾乎所有的聲音反射回水中。所有這些動態將如何影響我們感知水下聲音的方式？嘗試一下這個活動來找出答案！
材料
浴缸或游泳池（一個非常大的桶也可以）
水
兩件不鏽鋼餐具（例如，勺子或鉗子）
兩件塑膠餐具
小球
毛巾
成年幫手
一個會弄溼的區域（如果不是在游泳池進行活動）
用於清理溢位物的地布（如果不是在游泳池進行活動）
其他用於製造水下聲音的材料（可選）
使用游泳池（可選）
網際網路接入（可選）
準備工作
用溫水注滿浴缸——或者去游泳池——帶上你的幫手和其他材料。
步驟
讓你的幫手將一個不鏽鋼餐具敲擊另一個。聽著。你如何描述這種聲音？
稍後，你的幫手會將一個餐具在水下敲擊另一個。你認為你會聽到同樣的聲音嗎？
讓你的幫手在水下將一個餐具敲擊另一個。聽著。聲音聽起來是更響亮還是更柔和？你聽到的在其他方面也有不同嗎？
將一隻耳朵浸入水中。讓你的幫手在水下將一個餐具敲擊另一個。聽著。你如何描述這種聲音？
在你的頭部浸入水中後不久，讓你的幫手在水下將一個餐具敲擊另一個。深吸一口氣，閉上眼睛，將你的頭完全浸入水中或儘可能地浸入水中，讓你感到舒適。在你屏住呼吸在水下時聽著（當你需要時上來呼吸！）。聲音聽起來是更響亮還是更柔和？在其他方面聽起來是否有所不同？
重複這個過程，但讓你的幫手使用兩個塑膠餐具互相敲擊。
再次重複這個過程，但這次聽一個小球掉入水中的聲音。當你在水上或水下聽時，小球掉入水中的聲音是否會改變？你對這種聲音的感知是否會改變？為什麼會發生這種情況？
交換角色。讓你幫手在你製造聲音時聽著。
討論你收集到的發現。是否有模式出現？你能得出關於人類在浸入水中時如何感知聲音的結論嗎？
附加：用更多型別的聲音進行測試：柔和的聲音以及響亮的聲音，高音調的聲音以及低音調的聲音。你能找到更多的模式嗎？
附加：為了調查當你浸入水中時是什麼接收了聲波，請在你浸沒頭部時用手指堵住你的耳朵或使用耳塞。當你在水下堵住耳道時，聲音如何變化？當你在水上堵住耳道時，也會發生同樣的情況嗎？如果不是，為什麼會有所不同？
附加： 去游泳池聽聽有人跳入水中的聲音。比較你在浸入水中時和頭部在水上時對聲音的感知。你的感知如何變化？閉上眼睛。當你浸入水中時，你能分辨出那個人在哪裡跳入水中嗎？當你頭部在水上時，你能分辨出來嗎？
附加：研究海洋聲音以及人類活動造成的聲音如何影響水生動物。
觀察和結果
當聲音是在水下產生而你在水上聽時，聲音是否更柔和？當你只有耳朵浸沒時，聲音聽起來是否沉悶？當你頭部浸沒時，聲音是否更飽滿？
聲音在水中傳播的速度比在空氣中快，因為水粒子更密集地排列在一起。因此，聲波攜帶的能量傳輸得更快。這應該使聲音聽起來更大。然而，當你沒有浸入水中時，你可能覺得聲音更柔和，因為水面幾乎就像你產生的聲音的一面鏡子。聲音很可能在到達水面後幾乎完全反射回水中。
當你只浸沒你的耳朵時，聲音可能仍然顯得沉悶。發生這種情況是因為人耳不擅長在水中接收聲音——畢竟，它是為了在空氣中接收聲音而進化的。
當你浸沒你的頭部時，聲音可能聽起來更飽滿。那是因為我們的頭部含有大量的水，這使得組織能夠接收水下聲音——而不依賴於鼓膜。這也解釋了為什麼在水下時堵住耳道對你接收到的聲音幾乎沒有影響。
如果你試圖探測聲音從哪裡來，你可能會覺得很困難。我們的大腦使用每個耳朵檢測到的聲音的響度和時間的差異作為線索來推斷聲音來自哪裡。因為聲音在水下傳播得更快，並且當你浸入水中時你用整個頭部接收聲音，所以你的大腦會失去通常幫助你確定聲音來自哪裡的線索。
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此活動與 科學夥伴合作推出
