Scientia

Scientia terras irradiamus

Poate vocea umană să spargă un pahar? Imprimare Email
Fizica distractivă
Scris de Scientia.ro   
Duminică, 16 Mai 2010 18:04

Pahar care se sparge la  frecventa de rezonantaPoate vocea umană sparge un pahar? Dacă da, cum? Care sunt condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească sunetul scos de corzile vocale pentru îndeplini o atare sarcină? Sunt numai marii cântăreţi capabili de asemenea performanţe?

 

 

 

Probabil că mulţi dintre cititorii noştri au auzit cum vocea unei soprane poate sparge un pahar. Cu alte cuvinte, folosind sunete de frecvenţe potrivite, paharul atinge un punct critic în care nu-şi mai poate menţine integritatea.

Explicaţia fenomenului care poate unora le pare de neînţeles are legătură cu ceea ce în fizică se numeşte rezonanţă. Când ne referim la rezonanţa unui sistem, vorbim de fapt despre faptul că unele sisteme oscilează cu o amplitudine mai mare la anumite frecvenţe decât la altele, cele dintâi purtând numele de frecvenţe de rezonanţă ale sistemului.

La aceste frecvenţe, chiar şi forţe motrice periodice de mici dimensiuni pot da naştere unor amplitudini de oscilaţie impresionante – practic la apariţia fenomenului numit rezonanţă şi în cele din urmă la distrugerea sistemului care vibrează, fie acesta o clădire, un pod sau un pahar de şampanie.

În natură pot fi observate multe exemple de sisteme caracterizate de o frecvenţă proprie de rezonanţă. Cel mai familiar exemplu este leagănul copilăriei fiecăruia dintre noi, care se comportă asemenea unui pendul. Împingerea leagănului în concordanţă cu intervalul natural de oscilaţie (care reprezintă tocmai frecvenţa sa naturală de rezonanţă), va face ca întregul sistem leagăn-copil să fie antrenat într-o mişcare de amplitudine din ce în ce  mai mare, pe când nesincronizarea cu ritmul natural ar duce la arce de rotaţie din ce în ce mai mici. Acest lucru se întâmplă deoarece energia transmisă sistemului prin împingeri succesive este maxim absorbită când impulsurile din exterior sunt sincronizate cu oscilaţiile leagănului. O parte din energia  leagănului este extrasă din sistem în caz contrar.

La fel, multe dintre sunetele pe care le auzim, atunci când lovim obiecte din materiale dure precum metalele, sticla ori lemnul, sunt produse de vibraţii de rezonanţă de foarte scurtă durată ale respectivelor obiecte (astfel, prin lovirea unui pahar cu un obiect necontondent, îi putem determina frecvenţa naturală de rezonanţă).


 

În cele ce urmează ne vom referi la cazul unui pahar şi vom încerca să explicăm fenomenele care se petrec când o sursă de unde sonore generează sunete cu frecvenţe egale cu frecvenţa naturală de rezonanţă a paharului. Există oameni care pot face acest lucru, unul dintre cei faimoşi pentru asta fiind starul rock Jaime Vendera, care a trecut cu succes de testele specialiştilor show-ului de televiziune Mythbusters.

Dar ce se întâmplă de fapt şi care este explicaţia spargerii paharelor sub acţiunea sunetelor de anumite frecvenţe? Dacă folosim un difuzor şi un generator de ton, pe care îl potrivim pe frecvenţa naturală de rezonanţă a paharului, vom putea face paharul să vibreze şi, în cele din urmă, la un volum suficient de mare al sunetului generat, să se spargă.

În fapt nu avem de-a face cu o oscilaţie a întregului pahar, ci doar cu o mişcare de du-te-vino a buzei acestuia, în preajma sursei de unde sonore, deci în imediata vecinătate a difuzorului. Dacă propagarea undelor sonore are loc cu aceeaşi frecvenţă cu care vibrează, în mod natural, graţie constituţiei sale, marginea superioară a paharului, atunci mişcarea paharului se va acumula succesiv şi astfel va fi amplificată până la spargerea acestuia, aşa cum se poate vedea în scena video de mai jos, care redă în slow motion cele întâmplate în fracţiunea de secundă în care are loc fisurarea sticlei.

 


Scenă din episodul pilot al seriei de documentare "Time warp", difuzată de Discovery

 

Difuzorul va sparge paharul în imediata sa apropiere. Se poate observa cum în aproximativ 0.3 miimi de secundă,  fisura se deplasează spre piciorul paharului şi revine practic instantaneu spre partea superioară, unde paharul este mai subţire, în urma procesului o bucată desprinzându-se efectiv de pahar. Întregul pahar vibra la momentul critic cu o frecvenţă de aproximativ 300 de hertzi. Puteţi emite sunete cu această frecvenţă? Atunci puteţi testa propriile dumneavoastră pahare...

 

 

Bibliografie:

en.wikipedia.org/wiki/Resonance

 


Citeşte şi:


Scientia