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弦振动的研究论文

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刘晓露
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达朗贝尔(1717年11月17日~1783年10月29日)是法国著名的物理学家、数学家和天文学家,一生研究了大量课题,完成了涉及多个科学领域的论文和专著,其中最著名的有八卷巨著《数学手册》、力学专著《动力学》、23卷的《文集》、《百科全书》的序言等等。他的很多研究成果记载于《宇宙体系的几个要点研究》中。达朗贝尔生前为人类的进步与文明做出了巨大的贡献,也得到了许多荣誉。但在他临终时,却因教会的阻挠没有举行任何形式的葬礼。达朗贝尔是一个军官的私生子,母亲是一位著名的沙龙女主人。1717年11月17日达朗贝尔出生后,他的母亲为了不影响自己的名誉,把刚出生的儿子遗弃在巴黎圣?让?勒隆教堂的石阶上,后被一名士兵捡到。达朗贝尔的亲生父亲得知这一消息后,把他找回来并寄养给了一对工匠夫妇。故取名让?勒隆,后自己取姓为达朗贝尔。达朗贝尔少年时被父亲送到了一所教会学校,在那里他学习了很多数理知识,为他将来的科学研究打下了坚实的基础。难能可贵的是,在宗教学校里受到了许多神学思想的熏陶以后,达朗贝尔仍然坚信真理、一生探求科学的真谛、不盲从于宗教的认识论。后来他自学了一些科学家的著作,并且完成了一些学术论文。1741年,凭借自己的努力,达朗贝尔进入了法国科学院担任天文学助理院士,此后的两年里,他对力学作了大量研究,并发表了多篇论文和多部著作;1746年,达朗贝尔被提升为数学副院士;1750年以后,他停止了自己的科学研究,投身到了具有里程碑性质的法国启蒙运动中去;1954年被选为法兰西学院院士;1772年起任学院的终身秘书。1746年,达朗贝尔与当时著名哲学家狄德罗一起编纂法国了《百科全书》,并负责撰写数学与自然科学条目,是法国百科全书派的主要首领。在百科全书的序言中,达朗贝尔表达了自己坚持唯物主义观点、正确分析科学问题的思想。在这一段时间之内,达朗贝尔还在心理学、哲学、音乐、法学和宗教文学等方面都发表了一些作品。1760年以后,达朗贝尔继续进行他的科学研究。随着研究成果的不断涌现,达朗贝尔的声誉也不断提高,而且尤其以写论文快速而闻名。1762年,俄国沙皇邀请达朗贝尔担任太子监护,但被他谢绝了;1764年,普鲁士国王邀请他到王宫住了三个月,并邀请他担任普鲁士科学院院长,也被他谢绝了。欧洲很多国家的科学院都聘请他担任国外院士。达朗贝尔的日常生活非常简单,白天工作,晚上去沙龙活动。他终生未婚,但有一位患难与共、生死相依的情人——沙龙女主人勒皮纳斯。达朗贝尔与养父母感情一直很好,直到1765年他47岁时才因病离开养父母,住到了勒皮纳斯家里,病愈后他一直居住在她的家里。可是在以后的日子里他在事业上进展缓慢,更使他悲痛欲绝的是勒皮纳斯小姐于1776年去世了。在绝望中达朗贝尔度过了自己的晚年,1783年10月29日卒于巴黎。由于达朗贝尔生前反对宗教,巴黎市政府拒绝为他举行葬礼。所以当这位科学巨匠离开这个世界的时候,即没有隆重的葬礼、也没有缅怀的追悼,只有他一个人被安静的埋葬在巴黎市郊的墓地里。数学是达朗贝尔研究的主要课题,他是数学分析的主要开拓者和奠基人。达朗贝尔为极限作了较好的定义,但他没有把这种表达公式化。波义尔做出这样的评价:达朗贝尔没有摆脱传统的几何方法的影响,不可能把极限用严格形式阐述;但他是当时几乎唯一一位把微分看成是函数极限的数学家。达朗贝尔是十八世纪少数几个把收敛级数和发散级数分开的数学家之一,并且他还提出了一种判别级数绝对收敛的方法——达朗贝尔判别法,即现在还使用的比值判别法;他同时是三角级数理论的奠基人;达朗贝尔为偏微分方程的出现也做出了巨大的贡献,1746年他发表了论文《张紧的弦振动是形成的曲线研究》,在这篇论文里,他首先提出了波动方程,并于1750年证明了它们的函数关系;1763年,他进一步讨论了不均匀弦的振动,提出了广义的波动方程;另外,达朗贝尔在复数的性质、概率论等方面也都有所研究,而且他还很早就证明了代数基本定理。达朗贝尔在数学领域的各个方面都有所建树,但他并没有严密和系统的进行深入的研究,他甚至曾相信数学知识快穷尽了。但无论如何,十九世纪数学的迅速发展是建立在他们那一代科学家的研究基础之上的,达朗贝尔为推动数学的发展做出了重要的贡献。达朗贝尔认为力学应该是数学家的主要兴趣,所以他一生对力学也作了大量研究。达朗贝尔是十八世纪为牛顿力学体系的建立作出卓越贡献的科学家之一。《动力学》是达朗贝尔最伟大的物理学著作。在这部书里,他提出了三大运动定律,第一运动定律是给出几何证明的惯性定律;第二定律是力的分析的平行四边形法则的数学证明;第三定律是用动量守恒来表示的平衡定律。书中还提出了达朗贝尔原理,它与牛顿第二定律相似,但它的发展在于可以把动力学问题转化为静力学问题处理,还可以用平面静力的方法分析刚体的平面运动,这一原理使一些力学问题的分析简单化,而且为分析力学的创立打下了基础。在《动力学》这部书里,达朗贝尔还对十七到十八世纪运动量度的争论提出了自己的看法,他认为两种量度是等价的,并模糊的提出了物体动量的变化与力的作用时间有关。在《运动论》里,达朗贝尔不仅阐述了他的力学观点,他还在哲学序言里指出了科学发展的前景和分析科学的哲学观点。牛顿是最早开始系统研究流体力学的科学家,但达朗贝尔则为流体力学成为一门学科打下了基础。1752年,达朗贝尔第一次用微分方程表示场,同时提出了著名的达朗贝尔原理——流体力学的一个原理,虽然这一原理存在一些问题,但是达朗贝尔第一次提出了流体速度和加速度分量的概念。达朗贝尔在力学和数学方面的研究推动了他对天文学的研究,他运用他的力学的知识为天文学领域做出了重要贡献。十八世纪,牛顿运动理论已经不能完善的解释月球的运动原理了。达朗贝尔开始涉足这一领域。在当时,达朗贝尔和另一个科学家克莱洛是学术上的竞争对手。他们在写论文、作报告等工作中相互竞争多年。在研究月球运动时,达朗贝尔和克莱洛在同一天提交了关于月球运动的报告,他们都对月球近地点移动的现象做出了解释,并在1749年提交了更详细的报告。1754年,他们又都发表了月球运动数值表,这是最早的月球历之一。达朗贝尔在天文学上的另一个主要研究是关于地球形状和自传的理论。达朗贝尔发现了流体自转时平衡形式的一般结果,克莱洛以此为基础研究了地球的自转,1749年,达朗贝尔发表了关于春分点、岁差和章动的论文,为天体力学的形成和发展做出了奠定了基础。达朗贝尔对青年科学家十分热情,他非常支持青年科学家研究工作,也愿意在事业上帮助他们。他曾推荐著名科学家拉格朗日到普鲁士科学院工作,推荐著名科学家拉普拉斯到巴黎科学院工作。达朗贝尔自己也经常与青年科学家进行学术讨论,从中发现并引导他们的科学思想发展。在十八世纪的法国,让?达朗贝尔不仅灿烂了科学事业的今天,也照亮了科学事业的明天。

弦振动的研究论文

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骨笛遐想——浅析小提琴发声、调音的物理原理一.选题意义据我国最早的物理史学家吴南薰先生考证,世界上第一个人工制作的物理仪器就是在兽骨或竹管上挖孔并能吹出声音来的笛子。这既是一种乐器,也是一种声学仪器;我国古代对共鸣、弦的振动、管的音调的研究等都是通过乐器来进行的;希腊哲学家毕达哥拉斯发现了琴弦的长短与音高有一定的关系;从近代物理学发展来看,声学依旧占据着相当重要的部分,且与我们的生活息息相关;……许多同学都会演奏一些乐器,但对于弦乐器的调试却无从下手。我们结合已经学过的振动学知识,浅析西洋擦弦乐器——小提琴的发声原理,并为演奏者检音、调试提供理论依据和实验结果参考。二.相关物理知识实际的乐音由基频、谐波(泛音)、分音三部分组成。每一个乐音即周期性的振动都可以分解为许多不同频率、不同相位、不同振幅的简谐振动的叠加。简单的简谐振动即正弦振动或余弦振动的传播产生的声波叫做纯音,实际的乐音如歌唱声、乐器声等都不是简单的纯音,而是许多的纯音的叠加。在这些简谐振动中,频率最低的叫做基频,基频的能量往往是最大的。频率是基频整数倍的叫做谐波,其余的高频振动叫做分音。现代的分析中表明,还有低于基频的次声。因此,从物理上讲,音乐声应由三部分组成:乐音、在音乐中使用的噪声(如锣、鼓、沙锤、梆子等没有固定音调的打击乐器和海涛、流水、风声等效果声音)以及对音色有影响的在谐波中存在的一部分超声。一般来说,发生体振动的频率越高,人们听起来音调也越高;发生体的振动频率越低,人们听起来音调就越低。但音调与频率之间并不是严格按比例对应的。一般认为,频率每增高一倍,音调听起来就高一个八度,这仅仅限于中频段。在高音部分,听感偏低,即频率增加一倍,听起来不到高八度,而是偏低,于是要把频率调高些,以适应人的听觉。低音段则听感偏高,于是需要把频率调低些。乐音听起来有一定的强弱,即音的响度,这是乐音的第二个主观量。声音的能量越大,声强越大,听起来响度就越大。但是,这二者也不是按比例一一对应的。至于音色,更是一种主观感觉了。从传统来讲,决定音色的主要因素是频谱,所以常常根据频谱模仿各种音色。但据资料显示,实践表明:音的起始与结尾的瞬间状况,即“音头”和“音尾”,也同音色大有关系。音色不仅与频谱的组成(即基频、谐波和分音的数目、长短、相对强度、分音的不谐和程度及瞬态)有关,还与基频和谐波在听音区的位置有关,这是由于人耳对于多种频率的响度反映不同。音色也与听者距声源的距离有关,这是因为一个音中的各种成分的衰减不同。三.相关音乐知识音程,就是两个音音高之间的距离。在音乐上,音程用“度”表示。几度就是把起始音算在内,沿着音阶数有几个音名。钢琴上相邻两个键(包括黑键)之间差半音,两个半音等于一个全音。这也是一种表示音程的方法。音程与频率基本上是一一对应的关系。把两个相差八度音程之间的音顺次排列,就成为音阶。规定音阶中各个音的由来及其精确音高的数学方法叫做律制。最常用的三种律制是十二平均律、五度相生律和纯律。音阶中的各个音都有音名,由于生律的方法不同,不同律制生成音律中的同名音(例如都是 )其频率是不一样的。十二平均律是我国明代科学家朱载堉最先发明的,比西欧早了几十年。他将一个八度音程(频率比为2)按等比数列均分为十二份,得十二律。当前的钢琴和所有键盘乐器以及带“品”的弦乐器等,用的都是这种律制。数学表示:相邻两音之间的频率比均为: 即从任何一个音开始,比该音高半音的音,其频率是该音的频率乘 ;比该音低半音的音,其频率是该音的频率乘 ;以此类推,可得出所有音的频率。十二平均律有许多优点,比如它易于转调,简化了不同调的升、降半音之间的关系。在小提琴中,假如以 音的弦长为基准,那么小字一组(其中的 比 高两个八度) 、 、 、 、 、 、 对应的弦长之间按照十二平均律可由频率关系确定一组固定比值。四.研究与实验小提琴的弦是一根两端固定的细钢丝。在拨、擦弦线时产生的波列经两固定端反射,叠加后形成驻波,但其中包含有许多频率的波。在这里,我们只对决定音调高低的基频振动做出分析研究。驻波的基频振动所对应的为波长最长的振动,即弦长 。提琴弦线与指板之间的距离很小,用手指在指板上压紧琴弦不同位置而使得弦产生的形变量很小,可以忽略不计。则可认为弦上张力 ,及弦的质量线密度 保持不变,可得弦线中波速 近似恒定。因此,可认为有如下比例关系成立: 实验过程:一把小提琴,经专业乐师调音后,定下 音,再由一位有多年演奏经验的同学拨奏单音,多位乐感敏锐、受过专业训练的同学一起听辨,配合其他乐器校对各音高。记录及计算数据如下表。表中的k值定义如下:相差一个半音的两个音高对应 相差一个全音的两个音高对应 序号n 音高音名 比下音程差 弦长/mm 总长:0mm 上述k值 第一次 第二次 第三次 平均值 计算值 理论值 误差率1 全音 0 8 7 5 11 12 39%2 全音 0 9 2 0 13 12 25%3 半音 5 1 0 5 07 06 11%4 全音 5 9 1 5 12 12 18%5 全音 5 0 3 3 13 12 48%6 全音 8 8 2 9 11 12 00%7 半音 0 8 7 5 05 06 79%8 0 4 2 2 其中弦长一栏为小提琴 弦(四根弦由粗到细依次叫作 、 、 、 弦,指的是该弦的空弦音)上对应各音高压指与琴码两固定点之间的距离,即参加振动的部分弦长。如上数据显示,平均误差率为74%,基本符合前文理论分析。五.结论我们总结出对于一把小提琴(邻弦相差五度)的自我调试方法:以一根弦,例如 弦,的空弦音 为标准,按音高关系计算出同一根弦上 所对应的弦的长度。取 音高即与 弦空弦音等高(这是小提琴的制作要求)。依次调整 弦的松紧、长度后,再算出 弦上 的音高,作为 弦的空弦音。……同理进行下去。此种方法适用于各类提琴及吉他等擦、拨弦乐器,但须注意:①对于比空弦音高出许多的音,计算方法误差较大。实验中在一根弦上进行多组数据测量只是为了便于计算、对比,得出结论;实际操作中应对各相邻琴弦依次校对。②大提琴与吉他相邻的弦空弦音相差四度,计算时应注意数据与小提琴不同。希望我们的研究能够对广大演奏弦乐器的音乐爱好者提供帮助。
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邓小蕾

谈电影平日里无事,我会看电影。于我来说,好的电影如好的肥皂一般,洗完手,还能留香。之所以将《风声》放在第一个例子说,不仅是因为近来流行,更是因为顾晓梦的话。那藏在泛丝帛光芒的旗袍上,用鲜血点点缝制出的女红“我身在炼狱留下这份记录、只希望家人和玉姐能原谅我此刻的决定、但我坚信你们终会明白我的心情、我亲爱的人、我对你们如此无情、只因民族已到存亡之际、我辈只能奋不顾身、挽救于万一、我的肉体即将陨灭、灵魂将与你们同在、敌人不会了解、老鬼老枪不是个人、而是一种精神,一种信仰!”在我眼中的好电影,就是让你有感触的电影。不是《满城尽带黄金甲》的壮大场面,更不是《色戒》里不知道算不算是旖旎的风光。我敬重他们一颗赤诚诚的心。不用抛头颅,不用洒热血,却要颤颤巍巍地过着潜伏的日子,虽是过得富丽堂皇,却犹如一只随时会被大象踩得粉身碎骨的小蚂蚁。但是她说:“我亲爱的人、我对你们如此无情、只因民族已到存亡之际、我辈只能奋不顾身”呵呵,我辈岂是蓬蒿人?任由你这东洋鬼子宰割呢?神的灵浮行在水上,神说要有光,就有了光,这是圣经开篇。如此,胜利的的希望丝丝入骨。第二个例子我想用一个人作为引线,海利•乔•奥斯蒙特。第一部看他的影片是《人工智能》。当他来到这个家,他义无返顾地做一个儿子,更重要的是妈妈心灵的寄托。他全部的朋友就只有小Teddy--一只和他一样的机器, 还有一个不知是敌是友的乔 他倾尽一世的思念,只为寻找那个无从找到如何对待他的妈妈 面对哥哥的陷害,他不在乎 面对爸爸的改变他不在乎 面对冰封的世界,厂家的追捕,甚至是杀戮,他亦是坦然他倾尽一切,只为寻得他的母亲然而终于有机会了,外星人将他和小Teddy从冰封的河水中救活靠着仅存的一点妈妈的DNA,外星人满足了他的愿望, 还他一日的妈妈即使是仅有的这一天,他依旧乐此不疲 妈妈用手,给他洗头,是如此的仔细,甚至还整出个"小贝"! 渐渐最后的希望破灭了,妈妈已是烟消云散 他是如此希望自己能脱胎换骨,成为一个真正的人类啊! 人类给了他们生命,他们却无法给人类生命等待他们的只有凶吉难料的对复杂人性的追寻,值得吗?这是我看的第2部片 《第六感》小小年纪的他,却早已在不安与恐慌中度过,只因为他拥有着世人无法存有的阴阳眼 因为他知道,所以他能在课上回答出"这里是专门吊死人的地方"这样令世人无法理解的言语因为他知道,所以他能在美术自由创作课上画出被钉子插过喉咙的死人为此学校为他召开一个严重会议,他是如此害怕,但却无从解释,只有把无限的恐慌留给自己是的,他从此懂得了画彩虹加上一两只小狗交差,这便是他所有的作品终于,他愿意对医生敞开胸怀了,他战栗地说出了"I see dead people"时,我的心灵被震撼了 简简单单的一句话,他却是耗费了几生几世的勇气啊! 尽管他有着爱他的妈妈却不敢告诉妈妈,他是多么害怕妈妈也会如他人一样嫌弃他是一个怪胎最终,他以平静的口气告诉妈妈,"我准备好跟你沟通了!" 我想我和那母亲一般,会心一笑,尽管他道出"刚刚车祸的女子就站在我们车窗边"看过这部电影,我震撼了。还有一部震撼人心的《辛德勒的名单》,虽然影片中的经典镜头不胜枚举,但以黑白为主调突然出现的一抹红色却着实堪称神来之笔。在纳粹屠夫杀戮犹太人的场景中,小女孩的红色上衣与画面形成了极其强烈的视觉对比,她蹒跚的躲进街边的店铺,转眼间却出现在运尸车上,目睹这一切的辛德勒也同样经历着剧烈的心理变革。这个过程是情节中至关重要的转接,其深刻的内涵和艺术价值几乎无人企及。《辛德勒的名单》是犹太导演斯皮尔伯格对二战期间德国纳粹屠杀600万犹太人惨剧的回顾,影片以悲观阴郁的基调和富于强烈戏剧张力的惊悚元素,透过主人公辛德勒的眼睛,重回二战时波兰的科拉科,带领人们经历这个城市从繁荣到废墟的一切,同时在那个没有人性的年代中努力寻找人性的微芒,最终揭示了一个主题——人类的良知在任何恶劣的境况中都不会完全地泯灭。战争已经结束,光明已经来临,没有什么是永恒而不可化解的,世人应谨记犹太人为了感恩而送给义人辛德勒的戒指,还有那上面一句古老的希伯来经文:凡救一命,即救全世界。这是一部有着几米的风景的电影,比如那空旷的地下铁,繁华的游乐园;这是一部有着希区柯克的桥段的电影,比如玻璃人后窗的摄像机与望远镜,这是一部有着王家卫的风情,你可以看着快餐店帮工王菲潜入梁朝伟的房间,不动声色地改变着他的生活,同样,咖啡馆女佣艾米丽配了一把蔬菜店老板的钥匙,神出鬼没地戏弄着他的每一根神经。艾米丽,一个可以给孤独老人找回五十年前回忆的孩子,一个可以将圣诞公公邮寄到世界上任何角落的孩子,一个用语言为过马路的盲人伯伯描绘美丽世界的孩子,一个为寂寞的女房东送来四十年前相思信的女孩,一个在公园里画蓝箭头,让爱人追不到自己的孩子。我们都曾经是一个孩子,我们背叛了孩子的生活,在成人的世界也变得越来越懦弱,甚至不得不选择穿上冰冷的铠甲。因为不渴望有所得而不再给予,因为不期待奇迹而不再努力,我们不再轻易地付出感动与付出虔诚。电影,伴我度过别样人生。(这篇文章一部分是我以前写的,一部分是我搜索别人影评的,希望对你有帮助)
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