理论教育 对数在恒星和噪音中,趣味代数学

对数在恒星和噪音中,趣味代数学

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:实际上,这些噪音的强度构成了一个公比为10 的几何级数。也就是说,用贝尔表示的噪音的音量值是该噪音的强度的常用对数值。但是,很多工厂的噪音都超过了这个标准:那里的噪音通常是10贝尔,甚至更大。在恒星亮度和噪音强度的测量方面,我们用到了感觉度和刺激度之间的对数关系,这并不是偶然的现象。

对数在恒星和噪音中,趣味代数学

这里把风牛马不相及的恒星和噪音放在一起,并不是模仿科济马·普特科夫的作品,而是要说明恒星和噪音中都有对数的身影。

为什么把恒星和噪音放在一起讨论呢?那是因为恒星的亮度和噪音的音量都是以对数为标度进行衡量的。

根据恒星的视觉表面亮度的不同,科学家把恒星分为一等星、二等星、三等星等。这些恒星一级级地排列下去,看起来就像算术中级数的各项。不过,它们的实际亮度是按照另一规律变化的:其亮度构成了一个几何级数,公比是。简单地说就是,星体的等级是实际亮度的对数。例如,一等星的亮度是三等星亮度的2.5(3-1)倍,也就是6.25倍。简而言之,天文学家确定星体的表面亮度的依据是底数是2.5的对数表。这些知识我们就不展开讲了,因为在我们的另一本书《趣味天文学》中有着详细的介绍。

噪音的音量也是这样来量度的。工厂里的噪音对厂内的工作人员造成很大的影响,不仅是身体健康方面的,还有工作效率方面的。因此,人们希望可以用数字准确地表示出噪音的音量,并找出减小噪音的有效方法。用来表示音量的单位是“贝尔”,我们最常用的是它的十分之一单位“分贝”。音量不同的噪音1 贝尔、2 贝尔、3 贝尔(也就是10 分贝、20 分贝、30 分贝)等组成了一个算术级数。实际上,这些噪音的强度(准确地说是能量)构成了一个公比为10 的几何级数。例如,第一种噪音的音量比第二种噪音的音量高1 贝尔,那么,第一种噪音的强度就是第二种噪音强度的10 倍。也就是说,用贝尔表示的噪音的音量值是该噪音的强度的常用对数值。

我们通过几个例子,更清楚地认识一下。

树叶沙沙响的音量是1贝尔,大声说话的音量是6.5贝尔,狮子的吼叫声是8.7贝尔。由此可以得出,大声说话的强度是树叶沙沙响的强度的:

10(6.5-1)=105.5=316 000倍(www.daowen.com)

狮子吼叫声的强度是大声说话时强度的:

10(8.7-6.5)=102.2=158倍

当噪音的音量超过8贝尔的时候,就会对人体造成危害。但是,很多工厂的噪音都超过了这个标准:那里的噪音通常是10贝尔,甚至更大。例如,锤子敲击钢板的音量大约是11分贝。这些噪音是我们能够忍受的声音强度的100~1 000倍,是尼亚加拉大瀑布最高声音强度(9分贝)的10~100倍。

在恒星亮度和噪音强度的测量方面,我们用到了感觉度和刺激度之间的对数关系,这并不是偶然的现象。因为这两种现象都符合“费希纳心理物理学定律”,即感觉量和刺激量的对数是正比关系。

由此可知,心理学这一领域也离不开对数。

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