文／簡麗賢

今年原住民運動會的表演節目之一，安排鄒族文化資產的「風笛」，勾起我回憶。

第一次看到原住民朋友演出「竹製響片」旋轉而發出聲音的風笛，追溯到40年前，在高雄的原住民部落看到簡單的童玩表演，一片薄竹片與一條細繩，加上一支握桿，在空中盡情揮舞旋轉，竹片不斷地發出「咻咻」聲，音調高低起伏，竹片也上下移動與轉動，這種童玩確實令人嘖嘖稱奇，或許這是鄒族祖先玩出來的物理學。

祈雨趕鳥 傳遞警示



後來有機緣到阿里山旅遊，再次看到原住民朋友的風笛演出，經過主持人說故事般的介紹，才更深入認識風笛的內涵。原來，這項具有祈雨意涵法器及趕鳥器的簡單風笛，既有文化底蘊，也蘊含科學的奧祕。

昔日鄒族利用薄竹片在空中旋轉而發出聲音的風笛，透過山谷的回音，用來傳遞訊號，提醒族人安全警戒，因此不能亂甩風笛，避免引起恐慌。最初使用風笛也為了傳遞暗號，只有鄒族部落聽聞風笛聲，會以風笛聲回應表示自己人，到現在族裡耆老仍保有這樣的警戒心，有時聽到風笛聲，仍有習慣動作探頭以示警戒。

在空中轉動薄竹片的風笛，何以能發出音調高低不同與音量大小差異的聲音？這是薄竹片轉動發出聲音的物理學。竹製響片在轉動的過程中，薄竹片會不斷的繞繩子轉動而拍打空氣，交互作用而產生聲音，這是風笛發出聲音最主要的原因。嘉義縣的中學生曾探討風笛發出聲音的物理學為主題，獲得台灣國際科展正選國手獎與美國第五十八屆英特爾國際科技展覽會物理科二等獎，以全球特有的原住民風笛獲得國際評審委員的青睞及讚歎：「這真是太神奇了！既有趣又富含科學概念。」

鄒族的朋友揮動綁在棉線上的薄竹片，竹片能發出「咻咻」聲，藉此以傳遞訊息。風笛構造看似平凡，就科學概念分析卻隱含不簡單的概念，其中包含轉動力學、流體力學及聲音的物理學。例如流體物理學談到轉動中物體兩側的壓力，會隨著流速的增加而降低，形成壓力差而造成上升力，使物體可以向上運動。風笛會發出聲音，是因為竹片在轉動中後也會翻轉，拍打空氣，而空氣一震動，又改變竹片的方向，產生升力，所以竹片會時升時降，同時發出聲音。

進一步說明上述狀況，風笛發出聲音，是因為響片在繞繩子自轉時拍打空氣產生渦流，帶動空氣分子振動形成壓力波；當渦流與壓力波產生渦流的共振（resonance）現象時，就會發出響度較大的聲音，這種情況稱為流體導引振動。

深入探討鄒族風笛的運動狀態與發出的聲音，研究結果顯示，風笛發出聲音的音量或響度，與轉速、繩長、薄竹片的截面積有關，轉速快慢也會影響聲音的音調高低。當竹片的轉速愈快、繩子愈長及響片截面積愈大時，風笛的響度愈大；轉速愈快，頻率也愈高。

物理概念 文化傳承



實驗發現，因為響片繞繩子轉動時，繩子會變形而產生扭力的力矩；再加上空氣流動造成竹片受到升力影響，也會改變竹片轉動方向，使風笛在不同平面上下轉動。由於繩子扭力造成力矩及翻轉方向改變，使得風笛的響度大小、音調高低隨時間而週期性變化；又因為升力方向會改變，響片會在上下不同平面隨轉軸支點而公轉，也隨時間週期性變化。

再次看到原住民運動會演出鄒族風笛，讓我想起既有文化內涵又有科學奧祕的簡單童玩，構造簡單的薄竹片在空中轉動而發出咻咻有力的聲響，隱含數項物理概念與文化傳承，更彰顯原住民生活中的科學智慧，值得記錄與分享。