水管轉啊轉轉出音樂精靈

THE MERIT TIMES

文／簡麗賢 2024-04-09

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圖／樹下繪本

文／簡麗賢

第一次遇見賣水管，居然可以既有趣又科學。

20年前的暑假，與家人閒情逸致地逛南部一夜市，偶遇一攤賣雜貨、玩具的老闆，拿著幾條水槽用軟彈性塑膠管，在空中轉啊轉，竟然轉出音調高低、音量強弱分明的旋律，瞬間吸引人潮，遊客瞪大眼睛、豎起耳朵，嘖嘖稱奇。

「老闆，塑膠水管也是玩具嗎？怎麼賣？你怎麼知道水管可以甩出聲音？」我好奇地詢問。

「玩出來的，甩一甩、轉一轉，轉出旋律，我也好奇。便宜賣，粗細長短雖不同，不二價，一條10元。」老闆像遇到知音，面帶微笑地回答我。

「小帥哥、小美女，要不要甩看看？甩粗細不同的水管，聽聽轉出來的旋律有什麼不一樣？有結果告訴我。我送你玩具。」老闆轉頭問我家小孩，啟發與鼓勵小朋友勇於嘗試。

在場的小朋友躍躍欲試，紛紛拿起不同粗細與皺褶造型的水管，在老闆衡量安全範圍的指揮下，此起彼落，甩出音調不同的音樂精靈，瞬間營造趣味科學的氛圍，也帶出一股水管購買潮。

我家的3個小朋友各選購兩條長短粗細不同的水管，回到老家的晒穀場後，迫不及待地轉動水管，隨著轉速不同，音調高低也不同，引來鄰居好奇地詢問。二叔說：「活到現在，還真不知道這些水槽用軟水管能轉出聲音。」

「爸爸，這兩條長短不同的水管，甩出不一樣的音調。」婕兒提出結果。

「這一條甩快一點或慢一點，音調不一樣。」奕兒也提出觀點。

「爸爸，我很好奇，所有水管都能甩出聲音嗎？」昕兒提出好問題。

水管旋律空氣共振

之後，翻閱《物理馬戲團》一書，找到「旋音管」的相關描述，確實有趣。查閱科學展覽競賽資料，花蓮高中師生以「旋音管裡的精靈」探討軟水管轉出旋律的相關探討，獲得評審委員的青睞與高評價。

十餘年前受邀到金門縣擔任教師研習課程講師，我以軟水管演示聲波概念，引起動機，金門的老師告訴我，她的學校學生樂團融入轉動水管產生的不同音調，納入打擊樂的一部分；北一女學生也曾告訴我，她的國小母校學生樂團，也用轉動水管產生的音調來配樂。原來，旋音管轉出旋律精靈，已融入音樂饗宴中。

轉動具有皺褶螺紋的軟水管，透過改變轉速而發出不同音調的旋律，確實是很有趣的科學研究主題。

從物理學的概念而言，轉動軟水管產生的旋音管效果說明，聲波的傳遞必須依賴空氣等介質，缺乏空氣傳遞聲波能量，我們就無法產生聽覺效果。旋音管轉出不同高低頻率的音調，其原理是物理學兩端開口的空氣柱的「駐波」與「共振」現象，產生共鳴效果。

水管共鳴長短有別

根據實驗結果發現，旋轉無螺紋的水管，不會發出聲響，必須使用具有螺紋的軟水管才會發出聲音，並不是任何水管都能產生共鳴。轉動水管時，因為水管外開口端的轉動速率，比手握端的速率快，手握端氣體壓力大於外開口端的壓力，造成內外壓力差，形成由手握端氣體流向外開口端的氣流，被吸入的流動空氣與水管內的皺褶紋路交互作用而發出聲音。

此外，相同長度的水槽軟水管，在不同轉速時，旋音管的音調會隨著水管轉動的速率增快而升高；水管愈長，轉動愈快，可產生較多共鳴頻率。透過專業的頻率分析儀器，可以了解轉速與水管內形成駐波共振頻率的關係。

水管轉啊轉！轉出音樂精靈。無怪乎！賣水管，可以既有趣又科學。

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