Вот почему иногда в тибетской поющей чаше слышна болтовня

Тибетские поющие чаши известны своими успокаивающими гармоничными тонами, идеально подходящими для медитации. Но они также могут издавать «болтовню», своего рода стук. Группа студентов из Флориды думает, что они поняли, почему это происходит.

Поющие чаши обычно изготавливаются из бронзовых металлических сплавов, содержащих медь, цинк, цинк, серебро, никель, золото и другие распространенные металлы. В них играют, ударяя по краю специальным молотком с мягкой подкладкой, называемым пуджа (обычно обернутым кожей), или осторожно проводя молотком по краю чаши.

Эффект такой же, как и нежные тона, получаемые при протирании влажным пальцем края бокала для вина. Это связано с явлением, называемым резонансной частотой: когда любой звук начинает вибрировать синхронно с собственной частотой объекта. в случае с бокалом или чашей для вина вы получите успокаивающие гармоничные тона. Поющие чаши имеют относительно небольшие резонансные частоты, поэтому издавать звуки легче, чем с помощью бокала для вина.

Эти необычные акустические свойства уже давно интересуют исследователей, главным образом потому, что это хороший способ изучить взаимодействие жидкости с твердыми материалами, что представляет большой интерес для инженеров, проектирующих, например, мосты и здания, способные противостоять сильным ветрам. (Печально известное обрушение моста Такома-Нарроуз (также известного как «Галопирующая Герти») в 1940 году является классическим примером силы резонансов.)

Еще в 2011 году исследователи Массачусетского технологического института изучали, как тибетские поющие чаши, наполненные водой, могут резонировать достаточно сильно, чтобы сбрасывать капли с поверхности воды. Эти резонансы слегка меняют форму чаши, а энергия этого изменения формы генерирует в воде внутри так называемые «волны Фарадея». В конце концов резонансные эффекты становятся настолько сильными, что возникают разбивающиеся волны и шипучие капли. Посмотрите это на видео ниже:

Феномен «болтовни» в гималайских поющих чашах несколько иной. «Когда пуджа движется по краю чаши, она очень быстро переключается между надеванием чулка и прыжками по металлу, что называется «скользящим движением палочки», — соавтор Хлоя Кифер, студентка Роллинз-колледжа во Флориде. говорится в пресс-релизе. Подобное движение наблюдается и в других инструментах, включая скрипки и виолончели, но исследование этого явления в поющих чашах проведено мало.

Кифер и ее однокурсники — участники специальной программы в колледже Роллинз, ориентированной на оригинальные студенческие исследования по физике музыкальных инструментов — решили исправить эту оплошность. Они использовали лазерный доплеровский виброметр для измерения вибраций поверхности, не касаясь чаши, сосредоточив внимание на нескольких точках внутреннего края, в сочетании с техникой визуализации с высоким верхом, позволяющей делать снимки со скоростью 10 000 кадров в секунду для изображения этих вибраций.

Они специально искали местонахождение точки нулевой вибрации, известной как «узел», на чаше. Это было не то место, где они думали.

«Люди ожидали, что пуджа будет лежать в узле вибрационного движения чаши, но на самом деле это не так», — сказал Кифер. Вместо этого их анализ показал, что оно находится в пределах пары миллиметров от пуджи. Когда кто-то перемещает пуджу по краю чаши, чтобы сыграть на ней, узел следует сразу за ней. Увеличьте скорость вращения пумы, и вы увеличите амплитуду (силу или громкость) колебаний обода.

И как только эта вибрационная амплитуда становится достаточно большой, она сбивает пуджу с чаши, что немного похоже на прыгающие капли воды, полученные в экспериментах 2011 года. Вуаля! Вы получаете болтовню.

Их исследование не является полностью академическим. Однажды эти измерения могут оказаться полезными для лучшего понимания механики визга тормозов вашего автомобиля, а также для уменьшения таких нежелательных звуков.

Тем временем студенты Роллинзов продолжат исследования в области физики фортепианных струн, тростей кларнета, медных духовых инструментов и поющих чаш.