热巧克力的声音魔法
刊登日期: 2023年7月7日

今天（7月7日）是国际巧克力日，不如齐来制作一杯热巧克力庆祝一下吧！把一包巧克力混合粉倒入杯子中，添加热水，并用匙羹搅拌均匀。然后，魔法时间 —— 用匙羹不断轻敲杯底，仔细听听声音的改变。

你能否听到敲打声的音调逐渐变高？好吧好吧，这不是魔法，而是物理学！

这神奇的波动学现象称为「热巧克力效应」。声波是一种机械波，需要介质（固体、液体或气体）传播。介质中的粒子越密集，传递振动所需的时间就越短。这就是声音在水中的传播速度（约每秒1,500米）比在空气中的传播速度（约每秒340米）快得多的原因。

↑ 各种物质形态的粒子分布

话说回来，当我们搅拌巧克力溶液时，不单加入了香甜可口的可可味，更将气泡带进了液体。我们将杯子想像成一端封闭的管道，其基频 (f) 会受音速 (v) 和管道的长度 (L)，亦即杯子的高度影响。在杯子高度维持不变的情况下，由于声音在充满空气气泡的液体中传播速度会变慢，因此你可以听到杯子传出较低频率的声音。

↑ 基频与音速的关系

随着我们不断敲打杯底，气泡上升到液体表面破裂而消失，只剩下热巧克力溶液。敲打声的音速因而逐渐增加，导致音调越来越高。

现在赶紧搅拌你的热巧克力，尝试多几次这个有趣的小把戏，听听声音的魔法。你也可以尝试使用其他即冲饮品，例如咖啡和抹茶粉，甚至汽水，看看哪种最适合施展你的声音魔法。