رقص نمک‌‌ها

تاریخ انتشار: ۵ اسفند ۱۳۹۹

problem

نوسان‌های حاصل از حرکت صوت را با کمک یک بلندگو و دانه‌های نمک تماشا کنید.

دست به کار شوید!

۱

این وسایل را آماده کنید:

  • چند چوب بستنی
  • مقداری نمک
  • ورق سلفونی
  • نوار چسب
  • بلندگویی که به وسیله‌ی پخش صوت یا موسیقی متصل باشد. می‌توانید از بلندگوی رادیو استفاده کنید.

۲

چوب بستنی‌ها را دور تا دور بلندگو با فاصله‌های مساوی بچسبانید طوری که ارتفاع همه‌ی آنها بالای سطح بلندگو باهم برابر باشد.

۳

ورق سلفون را روی چوب بستنی‌ها بکشید طوری که دور تا دور بلندگو را بپوشاند و سطحی صاف روی آن بسازد.

۴

نمک‌ها را روی سلفون بریزید و یکنواخت پخش کنید.

۵

حالا موسیقی‌ای پخش کنید. چه می‌بینید؟ به‌تدریج صدا را زیاد کنید. وقتی صدا را زیاد می‌کنید چه می‌شود؟ وقتی صدا یا موسیقی پخش شده تغییر می‌کند چه می‌بینید؟ حرکت نمک‌ها را خوب مشاهده کنید.

موسیقی: آلبوم کوهستان، اثر حسین بهروزی‌نیا، انتشارات سروش

ارتفاع چوب بستنی‌ها را کم و زیاد کرده و باز آزمایش را تکرار کنید. چقدر این موضوع بر میزان حرکت نمک‌ها تأثیر دارد؟ اگر به جای سلفون کاغذ بگذارید چطور؟

به جای موسیقی از صداهای با یک بسامد (فرکانس) مشخص استفاده کنید. باز آزمایش را تکرار و نتیجه را بررسی کنید. آیا باز نمک‌ها بالا و پایین می‌پرند؟ با جستجو در اینترنت صوت‌های با بسامد مشخص پیدا می‌‌شود، مثلاً در نشانی زیر با تغییر عدد بسامد می‌توانید صوت‌های مختلفی را بشنوید: https://onlinetonegenerator.com

چطور اتفاق افتاد؟

صدا در واقع نوسان هواست که از گوینده به شنونده منتقل می‌شود. وقتی کسی صحبت می‌کند با لرزش تارهای صوتی او هوای اطراف به لرزش در می‌آید و این لرزش در هوا منتشر می‌شود و به گوش ما می‌رسد. پرده‌ی گوش با لرزش‌های صوت می‌لرزد و به این ترتیب صوت را به سیستم شنوایی و عصب شنوایی منتقل می‌کند و می‌گوییم صدایی را شنیدم. بلندگوهای ضبط‌صوت‌ها یا رادیوها هم همینطور کار می‌کنند. درون آنها صفحه‌ای می‌لرزد و با این لرزش، هوای اطراف به لرزش درآمده و لرزش‌ها منتشر می‌شوند و صوت تولید می‌شود.

این لرزش هوا یا انتشار صوت را نمی‌توانیم با چشم و به‌طور مستقیم ببینیم. در این آزمایش با کمک برگه‌ی نازک و سبک سلفون امکان مشاهده‌ی لرزش‌ها را فراهم کردیم. هوایی که در مقابل بلندگوست با صدا به نوسان درمی‌آید. هوا به سلفون برخورد می‌کند و آن را می‌لرزاند. لرزش سلفون به دانه‌های نمک منتقل می‌شود و آن‌ها را به حرکت در می‌آورد. اگر شدت صوتی که پخش می‌کنیم زیاد باشد شدت لرزش ورقه‌ی سلفون هم بیشتر می‌شود و نمک‌ها را بیشتر به بالا پرتاب می‌کند. در یک قطعه‌ی موسیقی شدت صوت تغییر می‌کند و این تغییرات را در تغییر حرکت دانه‌های نمک می‌شود دید.

تشکیل طرح روی سلفون با صوت با بسامد ۱۵۰ هرتز

 

میزان لرزش ورقه تنها به نوع صوت بستگی ندارد و به جنس و شکل ورقه هم وابسته است. هر ورقه‌ی سلفونی با بعضی صوت‌هایی که بسامد‌ مشخصی دارند، راحتتر به نوسان درمی‌آید. در هر کدام از این بسامد‌ها سطح ورقه‌ی سلفونی به شکل‌‌های مختلفی نوسان می‌کند، جاهایی از ورقه بیشتر می‌لرزند و جاهایی از‌ آن اصلاً حرکت نمی‌کنند. در این آزمایشِ رقص نمک‌ها، وقتی به جای موسیقی صدایی با بسامد مشخص را پخش می‌کنید جاهایی از ورقه‌ی سلفون تقریباً نمی‌لرزد. نمک‌ها روی منطقه‌هایی که نمی‌لرزند تکان نمی‌خورند ولی منطقه‌هایی که می‌لرزند نمک‌ها را به اطراف پخش می‌کنند. کم‌کم نمک‌ها در جاهایی که نمی‌لرزند متراکم می‌شوند و طرحی را روی صفحه می‌سازند. اگر صوتی با بسامد دیگر را پخش کنید این طرح فرق می‌کند و در واقع شکل این طرح به شکل و جنس صفحه و بسامد صوت وابسته است.

جالب است بدانید…

خیلی از سازهای موسیقی مثل گیتار، ویولون یا عود صفحه‌هایی چوبی دارند. موقع نواختن موسیقی با این سازها، با لرزش سیم‌های ساز، صفحه‌ی ساز هم نوسان می‌کند. اینکه این صفحه چطور نوسان می‌کند در طنین و زیبایی موسیقی ساز موثر است. می‌شود به روشی این نوسان‌ها را در سازهای مختلف اندازه‌گیری و مطالعه کرد. در مراحل ساخت ساز، اگر روی صفحه‌‌ی ساز نمک یا آرد بریزیم و آن را به نوسان دربیاوریم، نمک‌ها روی منطقه‌هایی که نمی‌لرزند تکان نمی‌خورند ولی منطقه‌هایی که می‌لرزند نمک‌ها را به اطراف پخش می‌کنند. در نتیجه نمک‌ها طرح‌هایی روی سطح تشکیل می‌‌دهند که این طرح‌ها با تغییر موسیقی تغییر می‌کنند. برای بررسی جنس و ساخت بعضی سازها از طرح‌های تشکیل شده روی سطح‌‌های رویی آن‌ها استفاده می‌شود، این طرح‌ها را طرح‌های کلادنی می‌نامند. تصویر زیر یکی از طرح‌های کلادنی برای ساز عود را نشان می‌دهد، پودری تیره‌رنگ روی سطح پوسته‌ی ساز ریخته شده است و با نوسان صفحه‌ی ساز، پودرها طرحی را تشکیل داده‌اند.

یکی از طرح‌های کلادنی تشکیل شده روی صفحه‌ی ساز عود (منبع: Dr. Emir Değirmenli’s website)

 

ارنست کلادنی (Chladni) فیزیک‌دان و موسیقی‌دان آلمانی در اواخر قرن هجدهم و اوایل قرن نوزدهم میلادی (حدود دویست سال پیش) با استفاده از طرح‌های تشکیل شده روی سطوحی که نوسان می‌کنند، تکنیکی برای مطالعه‌ی نوسان‌های سطوح با موسیقی ساخت. کلادنی یک صفحه‌ی فلزی مستطیلی‌شکل را از مرکز با پیچی به پایه‌ای وصل کرد و روی آن را با پودری مثل نمک یا آرد پوشاند تا با نوسان صفحه طرح‌هایی روی پودر تشکیل شود. بعد آرشه‌ی ویولون را روی لبه‌ی صفحه می‌کشید تا با موسیقی به لرزش درآید و طرح‌ها تشکیل شوند. با تغییر نوت موسیقی‌ای که نواخته می‌شود این طرح‌ها متغیر است. طرح‌های کلادنی را می‌شود در صفحه‌های با شکل‌های مختلف مربعی، مستطیلی، دایره‌ای یا به شکل ویولون یا عود مطالعه کرد.

 Unknown author, Public domain, via Wikimedia Commons