Андрей Варламов - Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

2. При генерации звука стенки бокала вибрируют (здесь изображен край бокала, вид сверху): они поочередно принимают удлиненную форму то в одном направлении, то в другом, ему перпендикулярном

Еще один, намного более простой способ заставить звенеть бокалы – ими чокнуться. При столкновении бокала с другим его стенка отклоняется от равновесного положения. После некоторого промежутка времени, соответствующего их затухающим колебаниям, бокалы приобретают свою первоначальную форму. Именно в течение этого промежутка времени они и издают звук. Обычно, если они пустые или наполнены вином, этот звук приятный. Однако он гораздо менее мелодичен, если в бокалах налито шампанское или другое игристое вино, – в этом случае звук оказывается глухим и невыразительным. Почему?

Бенджамин Франклин играет на своей стеклянной гармонике

Феноменом поющих бокалов интересовался великий американский ученый и выдающийся государственный деятель (достоинства, которые в наши дни редко встречаются в одном человеке) – Бенджамин Франклин (1706–1790), более известный своими экспериментами по изучению атмосферного электричества и изобретением громоотвода. Он применил свойство бокалов «петь» в придуманном им музыкальном инструменте – стеклянной гармонике. Она состояла из батареи стеклянных чаш, нанизанных через отверстие в центре на ось, на равном расстоянии друг от друга. Устройство было оснащено педалью, приводившей к вращению устройства, как, например, в старинных швейных машинках или гончарных кругах. Касаясь влажными пальцами вращающихся полусфер, музыкант получал кристально чистый звук, от самого высокого на маленьких чашах до самого низкого на чашах большего диаметра.

В 1763 году Франклин подарил стеклянную гармонику англичанке миссис Дэвис, которая много лет демонстрировала ее на гастролях по всему миру. Затем инструмент бесследно исчез; вероятно, его постигла та же участь, что и многие бокалы, разбившиеся из-за неосторожного движения… Другие экземпляры инструмента еще долго оставались в обращении. Его музыкальные качества оценивались по-разному и, конечно, зависели от мастерства исполнителя. Чарующие звуки стеклянной гармоники даже подверглись обвинению в том, что они провоцируют преждевременные роды или вызывают безумие играющих на ней музыкантов! Тем не менее музыку для гармоники писали известные композиторы и ее высоко ценили некоторые именитые слушатели, такие как великий скрипач Никколо Паганини. Но постепенно мода прошла, и к 1830 году этот инструмент полностью исчез из салонов. В течение нескольких последних десятилетий стеклянную гармонику снова изготавливают; вращение полусфер теперь обеспечивает электрический двигатель, а для увлажнения пальцев исполнителя служит пульверизатор. Читатель может составить собственное представление о качествах этого инструмента с помощью интернета: найдите интерпретацию французского виртуоза Томаса Блоха рондо K. 617 Моцарта для стеклянной гармоники.

Человеческое ухо воспринимает звуки частотой примерно от 20 до 20 000 Гц. «Хрустальный» звон стекла обусловлен присутствием в нем звуковых волн, принадлежащих к верхней части этого диапазона, то есть с частотами в интервале от 10 до 20 кГц. При звоне пустых или наполненных негазированным напитком бокалов после удара стеклянных стенок колебания продолжаются достаточно долго. И наоборот, звук затухает очень быстро, когда в бокалах находится шампанское… Объяснение этого различия кроется в содержащихся в игристом вине пузырьках углекислого газа CO 2 (см. главу 14, «Пузырьки шампанского»). Действительно, после соударения бокалов в их содержимом распространяются звуковые волны: зоны сжатия жидкости чередуются с зонами разрежения (см. главу 2, «Когда звук распространяется зигзагами»). Но растворимость газов в жидкости зависит от давления: она тем сильнее, чем давление выше (закон Генри – Дальтона). Итак, понижение давления приводит к «дегазации» шампанского: в бокале возникают пузырьки, которые рассеивают энергию колебаний. Поэтому звук в игристом вине затухает намного быстрее, чем в вине «спокойном», где пузырьки отсутствуют (илл. 3).