Na czym polega fizyka oklasków

Dlaczego oklaski powodują taki a nie inny dźwięk? – to pytanie wzięli na warsztat chińscy naukowcy, kierując się chęcią rozwiązania zagadki tego rozwiązania akustycznego. Okazało się, że za dźwięk klaskania odpowiada tzw. rezonans Helmholtza.

Brawa i oklaski jako poważne zjawisko akustyczne

.Wyjaśnienie natury dźwięku, jaki wydają oklaski – nazywany również po polsku „brawami” – wydawanego przez dwie ludzkie dłonie uderzające wewnętrzną stroną synchronicznie stało się dla grupy chińskich naukowców poważnym zagadnieniem naukowym. Na tyle poważnym, by nie tylko je zbadać, ale również podzielić się wynikami na łamach poważnego czasopisma naukowego „Physical Review Research”. Z ekstraktu ich pracy wynika, że ich odkrycie może „ułatwić niedrogą diagnostykę akustyczną w architekturze i poprawić rytmiczne wzorce dźwiękowe w edukacji muzycznej i językowej”.

Autorami badań są Yicong Fu, Akihito Kiyama, Guoqin Liu, Likun Zhang i Sunghwan Jung – naukowcy narodowości chińskiej, ale pracujący na kilku różnych amerykańskich i japońskich uniwersytetach i ośrodkach badawczych.

Aby zbadać przepływ powietrza i poruszających się w nim fal dźwiękowych posłużyli się posypką pudrową i kamerą. Uwidoczniony dzięki posypce ruch dźwięku i powietrza analizowali obserwując nagranie eksperymentu w zwolnionym tempie. Dzięki temu zaobserwowali, że dłonie podczas klaskania zachowują się jak rezonator Helmholtza – zjawisko opisane przez niemieckiego badacza Hermanna von Helmholtza.

Ten typ rezonansu występuje, gdy powietrze jest wtłaczane i wypychane z jamy (komory rezonansowej), powodując drgania powietrza wewnątrz z określoną częstotliwością naturalną. Zasada ta jest powszechnie obserwowana w życiu codziennym, zwłaszcza podczas dmuchania w górną część butelki, co powoduje rezonansowy ton.

Podstawowa zasada obejmuje drgania masy powietrza w szyjce rezonatora, działającej analogicznie do masy na sprężynie. Gdy siły zewnętrzne, takie jak przepływ powietrza, zakłócają tę masę powietrza, oscyluje ona i powoduje rezonans powietrza w komorze. Zjawisko to charakteryzuje się ostrą i wysokoamplitudową krzywą rezonansową, co odróżnia je od innych typów rezonansu akustycznego.

W kontekście akustyki rezonans Helmholtza odgrywa zasadniczą rolę w projektowaniu i analizie instrumentów muzycznych, akustyce architektonicznej i inżynierii dźwięku. Jest również wykorzystywany w inżynierii samochodowej do redukcji hałasu i projektowania układów wydechowych.

Kiedy ktoś klaszcze w dłonie, strumień powietrza wylatuje z przerwy, w której dłonie się spotykają, między kciukiem a palcem wskazującym. „Ten strumień powietrza niesie energię stając się źródłem i początkiem dźwięku” — mówi w rozmowie z portalem Science News inżynier Yicong Fu z Cornell University, kierujący zespołem badaczy. Strumień wywołuje wibracje powietrza. Fu i współpracownicy zaobserwowali podobny efekt, używając silikonowych modeli w kształcie kubków zaprojektowanych tak, aby naśladować uderzanie o siebie dłońmi.

ad/Science News