Cymatics: veure el so

En Nigel Stanford ha produït Cymatics un excel·lent vídeo (inclòs en el molt recomanable doble àlbum Solar Echoes) on podem veure literalment ones sonores estacionàries acompanyades i creades per una música excel·lent. Podem gaudir visualment i auditiva d’ones de foc realitzades amb un tub de Ruben (semblant al de Kundt), diferents ones estacionàries de sorra en un planxa metàl·lica connectada a un altaveu, ones amb líquids ferrofluids, un raig d’aigua que cau en espiral… i acabar gaudint d’una imatge espectacular i esfereïdora dels músics rebent descàrregues elèctriques d’un generador de Tesla (semblant al de Van der Graaff) protegits per un vestit de cota de malla que fa l’efecte de gàbia de Faraday.

Resumint, un vídeo que podem utilitzar a les classes de Física per motivar a l’alumnat (i alhora gaudir plegats de l’espectacle físic-musical) quan comencem a treballar el tema d’ones i també d’electrostàtica.

I per les persones que no esteu estudiant Física una recomanació: deixeu-vos emportar durant una estona per les sensacions sonores i visuals… en acabar és possible que se us obrin alguns interrogants sobre aspectes científics del vídeo… benvinguts!

Palletes musicals

Segurament no heu vist mai un instrument musical més senzill: una palleta… i ja està!

Només cal tallar-li un extrem en forma de punxa tal com es veu al principi del vídeo, després introduir-la dins la boca i bufar més o menys fort fins que soni. Possiblement haurem d’anar provant d’aixafar-la més o menys amb els llavis fins trobar la situació i la intensitat adequada perquè emeti el so.

El que és més curiós és que podem fer el mateix amb palles de diferents llargades i aleshores obtenim sons de freqüències diferents, de manera semblant al que passa amb els instruments de vent quan tapant més o menys forats obtenim notes més greus o més agudes. En el vídeo podem observar-ho i sentir tres sons de més agut a més greu amb palles d’11 cm, 23 cm i 44 cm (aquesta última ajuntant dues palles).

L’explicació és senzilla, és el principi de funcionament dels instruments musicals: en bufar produïm una vibració a la punta de la palla que emet un so (color blau) i aquest, superposat amb l’ona reflectida (color vermell) en l’altre extrem de la palla, genera una ona estacionària. L’ona (fonamental) que es produeix té una longitud d’ona equivalent a dues vegades la longitud de l’instrument (si aquest està obert per l’extrem com és el nostre cas).

En la següent figura s’observa l’harmònic fonamental (o primer harmònic) i el segon harmònic generat dins la palla. El so final és la superposició del tots els harmònics que es generen i dóna el timbre de l’instrument (que permet diferenciar un instrument d’un altre malgrat tocar la mateixa nota).palletesmusicals

Si encara ho volem embolicar més podem mesurar (amb alguna aplicació gratis per a telèfons intel·ligents:  n-Track Tuner per iPhone o Spectrum Analyzer per Android) la freqüència del so que emet la palla i comprovar que la longitud d’ona associada correspon a la meitat de la longitud de la palla. Per exemple, amb la palla d’11 cm (longitud d’ona 22 cm) la freqüència ha de ser f = v / λ = 330 m/s / 0,22 m = 1.500 Hz que correspon aproximadament a un Sol de la sisena octava.

Nota: per ser estrictes, sempre hauríem de parlat de l’harmònic fonamental del so que es produeix.

Segona nota: la idea d’aquesta proposta està basada en les experiències que en Pablo Cassinello va presentar a Ciencia en Acción 2014 a CosmoCaixa de Barcelona. Moltes gràcies Pablo!