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作者：xwzj5618 西瓜是一种很甜美的食物。当然，做为一个学物理的吃货，我一定不会白白浪费西瓜的。所以，本文的宗旨是，如何在不破坏西瓜的前提下，了解西瓜的甜美程度。 西瓜的生物学基础知识 西瓜是不是好吃，基本上是由含糖量决定的。而溶液的含糖量，这里的糖是指的我们能够吃出甜味的糖，例如葡糖糖，果。当然西瓜本身有大量的多糖??纤维素，这是西瓜细胞壁的主要成分，更是西瓜瓜瓤的主要成分。西瓜有大量的瓜瓤，可是我们吃纤维素，那是没什么口味的。幸运的是，西瓜成熟的时候，纤维素被纤维素酶降解了，瓜瓤被破坏，细胞就成了散沙一样。同时，这些被纤维素被降解，有了我们甜甜的葡萄糖。 我们关心的是西瓜的力学性质和声学性质，所以只需要考虑一组量就可以了，那就是弹性模量。 而我们之前了解到，西瓜的成熟，西瓜的瓜瓤降解，葡萄糖的含量是相关的：西瓜成熟，意味着瓜瓤降解为葡糖糖。 瓜瓤降解是很关键的点，因为瓜瓤降解改变了西瓜的结构，这会对西瓜的力学性质造成很大的影响。 当然这是理论上的，而实验上也确实有数据支持这一说法。 我们总结一下西瓜的属性[1] [2]。 不熟 成熟 密度 这些特性导致了相同品种、相同质量的西瓜，共振的频率不同，这样我们可以通过对照基频来挑西瓜，基频越小，西瓜越好。 等一下，西瓜越大，共振频率也越小。所以我们也要考虑西瓜的大小。以什么为标准呢？我们可以从振动方程中得出，西瓜的弹性模量 弹性模量对于西瓜的振动模式的影响也可以直接看西瓜在一个初始的驱动下的振动演化。西瓜被敲击之后，振动发声，而这部分振动发声，会随时间演化，有个振动波形。 这是对于一个正常西瓜的检测。正常意味着没有损坏，没有空心，没有蛀虫。 我们比较关心功率谱，因为功率谱决定了我们听到的声音的音色和感受到的频率。功率谱在低频的时候，有几个比较明显的峰值。 这是一个空心西瓜的检测。这个波形好丑陋。对称性不好，因为西瓜本身可能因为空心变得不那么对称。不同振动的模式损失情况也比较特殊，与空心部分的形状大小有关。我们再看功率谱，原来正常的西瓜有一个明显的最高的峰值，现在变得不那么明显了。就是说原来可能多少有点偏干瘪的音叉的感觉，现在变得是更加有和弦的感觉。 当然不是所有的实验都像这篇文章一样漂亮，有的实验会得到这样的结果 [4] 虽然看起来乱些，但是实质却是一样的，即，功率谱在低频阶段有几个标志性的峰值。这个文章没有非正常瓜的波形很频率谱对照，稍显可惜。 吃货的本质 学物理，难道不是为了吃上更好的西瓜么？ 所以，喂上面那个西瓜，哦不对，上面那个图表， 不熟 成熟 密度 我们来看看我们人类的听力： 太棒了，上一部分我们看到的西瓜振动的功率谱中，几个比较大的峰值在 20Hz 之上了，所以我们可以分辨这几个峰值。听声辨西瓜，是可能的。 具体有什么规律呢？我们有张图来表示[5] （请尽情的吐槽这张图的纵坐标。严格来说，即便我们这里只定性的用这张图，也不行。不过通过其他的文章可以得知，实际上这里的纵轴并不是一些很小的间隔，至少是能分辨的。） 所以，基于那一大串物理原理，我们得出这样的结论： 成熟的西瓜，敲击时的声音会比较沉闷。但是西瓜越大，声音也会越沉闷，所以要把西瓜的大小考虑进来。需要多多练习，才能很好的掌握这种方法。 摔了的西瓜不好吃 有时候我买了一个西瓜，是熟的，但是听声音也挺沉闷的，但是，这西瓜摔了，不好吃啊。 所以，我们能够通过声音辨别出西瓜是否摔过么？答案是，我不知道，或许有人能，但是原理上来看，很难。 Armstrong 等人曾经做过实验[6]，其中一个结果如下： 实线是指的一个原始的西瓜的功率谱，虚线是指的西瓜被从 25cm 的高度摔下来 5 次之后的功率谱。差别在于，摔了之后，西瓜的功率谱向低频移动了。这是一很令人伤心的的结果，因为这样的话，我们就不能仅仅挑同一类西瓜里面的那些频率最低的那些了，因为这样可能会把摔过的西瓜挑出来。 或许，如果有人对某一类型的西瓜非常熟悉，可以准确的知道什么样的声音对应的是生瓜，什么样的对应的是摔过的瓜。这必定基于一些经验，和一幅好耳朵。 果壳的史军老师的结论 这样挑西瓜有何科学依据？ 说了半天，这才是重点吧！
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