吉他和火箭令人驚訝的相似之處

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【大紀元11月12日訊】(大紀元記者彭達海編譯)當太空梭從甘迺迪太空中心發射時,它的吼聲令人難以置信。 即使數在數英哩外的觀眾也要緊緊抓住椅座位靠好身子。那種聲波幾乎可以穿透身體與搖動骨頭。

USATODAY網站11月8日報導,不久之前,鄉村歌手 Clint Black在NASA(美國國家航空暨太空總署)發了一項公佈。根據Black的說法,最近一些衛星發射的事件讓他想到他自己。

「你知道嗎,我的吉他就像一個火箭一樣。」他問。

這是演藝事業的誇大其詞嗎?不是!這是一項科學的事實。 Black的吉他就像一個火箭一樣。

「他們二者都有共振。」位於休斯頓航太總署(NASA)詹森太空中心(JSC)的航太工程師Rodney Rocha 解釋道。

「當時你拿起一把吉他時,」Black示範地說,「你首先會注意到的,包括它下半部的音箱。而這個共鳴作用的音箱,它的形狀是為了要配合吉他絃發出的聲音。」他撥弄吉他的 E絃,發送出它獨特的「感人的」的E 頻率。

「我們稱它為『共鳴』,任何一把很棒的吉他都需要有這樣一種主條件。」Black說。

雖然共鳴對吉他也許很棒,但是「就太空船而言可能是災難性的, 」Rocha 提醒道。

「當太空梭離地升空時,主引擎的吼叫聲大得可以讓靠近發射台底座的人死去————不是被它底部的熱浪給烤焦,而是被它引擎的聲音給殺死。這些引擎以無比巨大的力量在『彈奏』著太空船。隆隆震耳的聲波貫穿著整艘太空船與負載物(太空梭或衛星),不停地在找尋著、探測著、搖晃著。

「我們不能讓這些聲音找到、並引爆出那些感人的共鳴」Rocha 說。「否則,聲音會被放大、震動會增加、螺栓可能會變被震得鬆脫、蓋子可能會被掀起、接合處也可能會鬆開。」甚至造成太空梭升空爆炸的悲劇。

「它確實能讓你的任務搖搖晃晃,」Black笑著表示。

這些引擎並不是聲音的唯一的來源。在火箭升空,穿透過大氣層飛向太空途中,也會夾帶著巨大的撕裂聲。 在空氣中快速前進,會引起強烈的氣動噪音,讓整艘太空船嘎嘎作響。「在開車途中,你稍微搖下車窗,就可以聽到類似的氣動噪音。」 Rocha 說。

即使在太空中,這些噪音也不會停止。當太空船要接駁另外一艘太空船時,或者當它要點燃推進器離去時;每一次推進器的停止或點燃,都會讓它像是又被彈奏了一次。

Rocha說,工程師的目標就是要確保這些震動在肇事之前就迅速衰減。用音樂家的語言,「火箭設計者必須避免『餘音繞樑』」。

當Black亂彈他的吉他時,聲音會持續一陣子。「那就是餘音」他解釋。這歸功於吉他本身的構造,「注意一下,吉他是用質輕、柔軟、的木頭所做成的。這種材質就是容易震動。」

而火箭卻是由僵硬的、質量重的材料所製成的,這樣就能減少共鳴與餘音。但是,那不是太空船設計者唯一使用的技巧。有時他們還會修改火箭的形狀、增加支撐物、或填塞空隙。目的都是為了調降火箭自己造成的震動。

要調整火箭很不容易,因為它是比吉他更複雜多多。

想想看看,一把吉他由近打的零件所組成,包括:弦栓、弦鈕、琴頸、移調夾、音箱的面板和側邊與典型的六條弦。這六弦能發出六個基本的頻率: 82赫玆 , 110赫玆 , 147赫玆 , 196 赫玆, 247赫玆 330 赫玆;對應開放和弦符號是E2 , A2, D3 , G3 , B3 和 E4 。

然而,一個典型的火箭是由成千上萬個零件組成的了。著名的太空梭就有超過百萬個 . 零組件。所以的這些零件一起振動會產生出各種頻率的聲波,從大象才聽得到的低音波,到類似用指甲尖劃過黑板的高頻尖銳刺耳聲都有。

至於哪個頻率會造成最大的危害呢?哪個部位最容易受共振?你要如何去調整這個複雜的設備?

為了回答這些問題,美國航太總署的工程師已經替太空船研發出「聲音技術室」。在這些大房間裡擺放著我們從火箭取得的部份,讓它們暴露在極大的噪音之下。「確實夠大聲了!我們在JSC的某一個165分貝的喇叭就能夠製造出像太空梭主引擎產生的那種噪音」他說。

透過觀察「受測物體」對聲音的回應,工程師能夠發現共鳴,並設法改善。「最脆弱的零件多半是有質輕、表面積大的特性————就像是吉他那樣。」他提醒著說。

「聽覺測驗」是從四十年前的阿波羅計劃以來就是火箭設計的一個例行項目。Rocha說「在那時,航太總署工程師就在一些特殊的實驗室,利用極大的聲音來測試那次載運太空船運的土星號火箭的某些部位,後來對太空梭的測試也是沿用相同的做法」。

目前,航太總署正在準備建造一艘新的太空船,名為「太空人探測車」( CEV ),準備在把太空人再度送上月球和登陸火星時使用它。「我確信CEV 也將會要進這種聲音測試室來測試。」Rocha說。

誰會曾經猜測到呢?「控制聲音的重要性,對火箭科學家和對音樂家都是一樣的。」Black 一邊隨意撥弄著吉他,一邊這樣說著。 如果你仔細聆聽,你以在餘音中聽到月球探測器的發射聲呢。

對了!聲音在太空中到底是怎麼一回事呢?以上說的都是指人類在太空中的飛行。太空船內有空氣,可以傳遞聲波,耳朵可以聽到對話聲。但是,機器人太空船內部沒有空氣,也沒有人的噪音,但是它會有震動和共振。它們也都像吉他。

(http://www.dajiyuan.com)

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