Эрнст Хладни доказал, что звук можно увидеть, и разработал технику визуализации колебаний на металлической пластине.
Звук может быть виден. Более того, звук может рисовать изысканные, правильные узоры на физической поверхности.
Если вы когда-нибудь пробовали играть на фужере или чертить скрипучие круги по краю тонкого бокала для шампанского на скучной (пусть и пьяной) вечеринке, вы официально прошли там один из самых впечатляющих курсов физики является. Что такого невероятного в игре со стеклом (кроме впечатляющих звуковых эффектов, конечно)?
Если позволяет процент алкоголя в стакане, давайте посмотрим, что происходит внутри стакана. Небольшое постоянное трение обода может вызвать довольно сильный шторм. Капли отрываются от гладкой поверхности напитка и ритмично качаются вверх-вниз, а взволнованные волны отскакивают от прозрачных граней. Все шоу создает динамичные формы и образы, зависящие от частоты звука, чувствительного к малейшим прикосновениям кончика пальца. Истории о протирании ламп джина вызвали академический интерес только в 1970-х годах. Область исследований, изучающая форму звуковых волн, стала известна как киматика. Однако звуковые волны и то воздействие, которое они оказывают на материю, стали предметом восхищения задолго до этого.
Когда на Филадельфийском съезде 1787 года, посвященном подписанию Конституции, звенели бокалы, в 6505 километрах отсюда, в городе Липске, любители различных научных диковин жадно читали Entdeckungen über die Theorie des Klanges (Открытия в теории звука), написанный Эрнстом Хладни, юристом, геологом, изобретателем, конструктором и акустиком. Этот образцовый сын профессора права получил высшее образование в той же области, что и его отец, по папиному приказу. Тем не менее наследник мечтал о другом будущем. Он подождал, пока его отец умрет, а затем без угрызений совести бросил абзацы в пользу своих фантазий - звуковых экспериментов. Правда, заниматься карьерой музыканта было уже поздно, но склонность молодого человека к выступлению потихоньку становилась все более очевидной. Эрнста Флоренса Фридриха Хладни навсегда засосало в вихрь звуковых волн. Он гастролировал по всей Европе, поражая публику (и самого Наполеона) различными звуковыми шоу и инструментами собственного изготовления. Его характерные движения, должно быть, вызывали зависть у местных иллюзионистов. Хладни доказал, что звук можно увидеть, и разработал собственную технику визуализации колебаний на металлической пластине. Он создавал образы, о которых и не мечтали даже в философии.
Одним из его трюков было постоянное скольжение лука по краю гибкой металлической пластины. Латунные пластины были покрыты мелким песком и таким образом реагировали на малейшие вибрации. Зерна свертывались в невероятно правильные узоры, которые зависели от частоты звука и текстуры поверхности, которая резонировала. Важными оказались и граничные условия: способ прижатия пластин, а также точные точки соприкосновения, в которых генерировались вибрации. Поскольку дальше этих тонкостей лучше не распространяться, ограничим использование профессиональной номенклатуры знаниями для так называемых вундеркиндов.
Однако несколько слов о родоначальниках экспериментальной акустики, чьи труды кропотливо изучал Хладни, не помешает. Достаточно упомянуть попытки натуралиста Роберта Гука воспроизвести звук визуально (он и Хладни также разделяли любовь к наблюдению за звездами). Более того, вполне возможно, что немецкий физик отправил копию «Теории звука» на Филадельфийскую конвенцию, потому что музыкальные открытия Бенджамина Франклина, одного из отцов-основателей Америки, были источником вдохновения для Хладни.
200 лет спустя киматика стала популярной темой не только для акустиков, но и для студентов и выпускников факультетов изобразительного искусства. Помимо того, что узоры Хладни изображают звук и являются анекдотом, достойным упоминания в различных тостах, они также могут найти хорошее применение производителям инструментов. В этом контексте маршировать в такт собственному барабану приобретает совершенно новый смысл.
Перевод с польского: Joanna Piechura
Перепечатано с разрешения Przekrój. Прочтите исходную статью.