Андрей Ростовцев (afrikanbo) wrote,
Андрей Ростовцев
afrikanbo

Category:

Звон бокалов

Удивительный мир околовинных явлений оказался богат на исследования по акустике бокалов. Казалось бы фигня какая-то по сравнению с нанотехнологиями. Ан, нет!


Какое-то время назад с подачи физика и популяризатора науки о вине (и не только) Андрея Варламова, я поделился в жж своими соображениями о том, почему звук при ударе бокалов, наполненных тихим вином чистый и долгий, а если в них налить вино игристое – глухой и короткий. Суждения эти спорные и поэтому, чтобы разобраться в истинных причинах этого явления, нужно сначала понять, что заставляет бокал звучать.

Современную теорию звучания бокалов обосновал профессор Массачу́сетского технологи́ческого институ́та A.P.French в своей, уже ставшей классической работе с названием «In Vino Veritas: A study of wineglass acoustics». Не углубляясь в теорию, перескажу в двух словах, что происходит с бокалом, когда он звучит.

Если мысленно разрезать стенки бокала вертикально сверху до основания на множество полосок, то получатся отдельные камертоны со свободным верхним окончанием и закрепленные внизу у основания. Каждая из этих полосок может вибрировать независимо, и колебания верхних окончаний соседних полосок никак не связаны друг с другом. Но в реальном неразрезанном бокале эти полоски-камертоны связаны друг с другом жестким условием: в любом горизонтальном сечении бокала длина периметра его сечения должна оставаться всегда неизменной (стекло не растягивается, как резина), хотя его форма может заметно отклоняться от окружности. Оказывается, что с самой нижней и самой главной резонансной частотой звучания бокала связаны колебания стенок бокала, превращающие окружность его сечения попеременно в два эллипса, оси которых взаимно перпендикулярны. Как это происходит:



Частота звучания этого главного тона бокала в основном зависит от толщины его стенок (d), радиуса (R) и пропорциональна ~d/R2. Т.е., Большие бордоссские бокалы из тонкого стекла звучат существенно ниже, чем узкие хрустальные фужеры для шампанского типа «флейты». Главному, самому низкому тону обычно сопутствует более высокий по частоте резонанс, связанный с колебаниями стенок бокала попеременно в трех направлениях вместо двух. Частотный спектр звучания пустого бокала для шампанского выглядит так:

Emptyglass

Частота главного тона бокала равна примерно 4,6 кГц, а дополнительного – 7,9 кГц.

Если такой бокал наполнить вином (или просто водой) то колебаниям стеклянных стенок бокала будет сопротивляться инерция массы жидкости, которую вибрирующим стеклянным стенкам придется двигать в нагрузку. Поэтому резонансные частоты бокала сместятся в сторону более низких нот (3,0 кГц и 5,9 кГц соответственно), но, тем не менее, чистота (музыкальность) звука и его продолжительность сохранятся:

Clearwater

Картина резко изменяется, если наполнить те же бокалы игристым вином:

Champagne

Ярко выраженные пики резонансных частот куда-то исчезли. Вместо них – что-то расплывчатое по широкому диапазону частот. Такой звук скорее напоминает кратковременный белый шум без каких-либо мелодичных тонов. Это – глухой звук.

Кто съел чистые музыкальные ноты? Ответ очевиден – жидкость, пересыщенная газом. Кстати, для того, чтобы наблюдать этот удивительный эффект нет необходимости бежать в магазин за бутылкой шампанского (хотя это и не помешает). Можно просто наполнить бокалы водопроводной водой, которая в многоэтажных домах находится под давлением. В первые минуты эта водопроводная вода пересыщена воздухом, что видно по мельчайшим пузырькам, плавающим в ней.

Для наблюдения этих метаморфоз достаточно иметь под рукой бокал и персональный компьютер с программкой для записи и анализа звуков. Ну и, конечно, расходный материал – вина тихие и игристые. После каждой серии опытов рекомендуется поднимать тост.

Удачи!
Tags: акустика бокала, популяризация
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 7 comments