Вопрос ? - Ответ !

Внимание ученых (и в последствии общества) привлекли работы по исследованию фигур, образующихся из песка под воздействием звуковых волн на колеблющихся пластинках. Насыпав песок на колеблющуюся упругую пластинку, можно увидеть процесс формирования фигур Хладни. Посетители научного центра Коперника в Варшаве, например, могут самостоятельно проделать этот эксперимент на готовом стенде.

Рис. Опыт Хладни со смычком и металлической пластиной
Сам Хладни рассказывал о своих опытах следующее: «Я нигде не мог найти научного объяснения разного рода колебаниям и звучности тел. Между прочим, я заметил, что маленькая стеклянная или металлическая пластинка, подвешиваемая в разных точках, издавала различные звуки, когда я ударял по ней. Я захотел узнать причину этого различия звуков. Должен добавить, что тогда никто еще не производил исследований в этой области. Я зажал в тиски латунный кружок от шлифовальной машины за находившийся посредине него шип и заметил, что скрипичный смычок заставляет его издавать различные звуки в зависимости от места, где прикасается смычок.

Фигуры Хладни часто служат примером «естественной красоты» различных физических явлений, подтверждением наличия «гармонии» или «дисгармонии». За образованием фигур стоит физика резонансного возбуждения стоячих волн. Существует любопытную особенность фигур: линии на них избегают пересечений, будто бы их отталкивает некая сила.
Явление резонанса позволяет выборочно возбудить какое-то одно нужное колебание – для этого следует раскачивать тело при помощи внешней силы с частотой, равной собственной частоте нормального колебания.

На видео ниже показана типичная схема получения фигур Хладни: упругая пластинка прикрепляется в центре к генератору механических колебаний, частоту которых плавно увеличивают. Нормальные колебания пластинки со своими картинами узлов и пучностей возбуждаются при резонансном совпадении частоты генератора с собственными частотами этих колебаний. Собственные частоты показаны на видео в левом нижнем углу.


Лекции и опыты Хладни возбуждали всеобщий и живой интерес; ученые и любители с увлечением повторяли его опыты. Когда Хладни в 1809 г. представил свои фигуры членам Французского национального института, все, и в особенности Лаплас, смотрели на них с изумлением. Наполеон пожелал видеть повторение этих опытов в Тюильерийском дворце и отпустил Хладни 6000 франков для перевода его «Акустики» на французский язык.

Теория не знала, что ей собственно делать с этими опытными данными. Еще в 1787 г. Яков II Бернулли пытался теоретически вывести форму некоторых звуковых фигур, для чего он рассматривал прямоугольную пластинку как сетчатую ткань из волокон, пересекающихся под прямым углом. Однако Хладни показал, что полученные таким путем результаты расходятся с опытом.

В 1818 г. Хладни в одном из писем сообщал об остроумном применении его звуковых фигур одним строителем в Кобленце: для совмещения отверстий в каменной плите лестницы перед сверлением ее снизу строитель посыпал плиту песком, который при сверлении немного разражался, точно указывая место для встречного сверления сверху.

Если провести опыты с круглыми, шести- и восьмиугольными пластинками, то можно заметить, что фигура будет усложняться.

Для изучения звуковых волн в объеме доктор Ханс Йенни создал аппарат тоноскоп. Это приспособление состояло из тонких контейнеров, заполненных различными субстанциями, такими как песок, мокрый гипс и различные виды жидкостей, состоявших из тонко измельчённых частиц (тонкодисперсная среда). Также, как и в экспериментах Хладни, при прохождении звуковых волн частицы начинали выстраиваться в геометрические узоры, образовывая трёхмерные звезды, двойные четырёхгранники в кругах и другие фигуры. При повышении амплитуды вибраций, получались более замысловатые фигуры.
Интересно, что геометрические фигуры, которые образуются в результате эксперимента Хладни, наши предки использовали повсеместно. Мы можем наблюдать их в орнаментах украшений жилища, на колоннах, древних скульптурах, и даже на иконах. Это свидетельствует о том, что для людей, живших в различное время и на разных континентах эти изображения имели большое значение и говорит об их понимании физических процессов, которые происходят в невидимом мире.
Информация взята здесь