Гигантская звуковая пластина

Когда большая, тонкая и гибкая пластина (из металла или оргстекла) гнётся, она может издавать громкий и необычный звук.
Ключевые слова: хлопок, погибь, Турнир юных физиков, ТЮФ, IYPT
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/

[@DANJ-cg2gp]

Гладкий лист оцинковки точно так же звучит. Ещё в детстве я так развлекался с пластиной от фотоглянцевателя

[@vit3060]

"Погибь" перещёлкивается не вся сразу, а по направлению от пальца к концу листа, длина вибрирующего конца уменьшается, поэтому частота звука растёт. Точный ответ даст замедленное воспроизведение.

[@vit3060]

В комментариях я написал, почему фактор изгиба листа не выглядит для меня основным. Повторю тут. Если бы дело было только в изгибе листа, то повышение звука длилось бы до самого сильного изгиба, то есть до четверти периода (половина времени между щелчками), но на спектрограмме, несмотря на быстрое затухание колебаний, хорошо видно, что высота повышается лишь где-то до трети времени пути максимального изгиба (~15% от времени между щелчками, а в смысле угла изгиба это, наверное, где-то половина от максимального угла изгиба), а потом стабилизируется или вовсе начинает падать -- это хорошо видно на 3-м и 4-м щелчке на 5:38 . Поэтому для меня более правдоподобной выглядит версия о постепенном (но более быстром, чем четверть периода размахивания), "перещёлкивании" прогиба от пальца до кончика листа, из-за чего длина вибрирующего участка сокращается, и поэтому частота колебаний растёт. После того, как происходит полное перещёлкивание, длина вибрирующей части листа возрастает (впрочем, лист должен колебаться и до места перещёлкивания и после, и с разной частотой, но "до" стоит мягкий палец, который глушит колебания, поэтому лучше слышно должно быть часть листа ближе к его свободному концу), что приводит к понижению частоты. На это также накладывается изгиб листа в другом направлении (основном направлении изгиба), что должно приводить к повышению частоты. Однако, мы видим, что частота слишком быстро по сравнению с четверть-периодом и слишком сильно растёт (аж в 3-4 раза за неполную треть времени до максимального отклонения -- начинается со 100-200 Гц и заканчивается на 600-700 Гц) и слишком быстро стабилизируется или даже немного понижается, хотя изгиб дошёл где-то до половины максимального угла отклонения, то есть фактор понижения частоты из-за увеличения длины колеблющейся части компенсирует и даже побеждает фактор повышения частоты из-за изгиба листа в направлении размахивания рукой.

[@vit3060]

Какой фактор является основным, можно проверить, проведя дополнительный эксперимент. Например, держать лист в руках и изгибать его очень медленно, и ждать, когда же он "щёлкнет", сохраняя при этом изгиб листа постоянным (как сделать, чтобы при этом не сильно вилять на колебания "свободного" конца листа -- вопрос отдельный, но выглядит решаемо, например, можно тянуть резиночкой, которая позволит кончику листа колебаться на акустических частотах почти свободно, но при этом будет его всё-таки тянуть и изгибать). Если повышение частоты будет видно и слышно, то дело в движении места перещёлкивания к свободному концу. Если не будет -- значит всё-таки дело в увеличивающемся изгибе.

[@alexasdov1950]

За погибь (не от слова погибнуть, а от слова погнуть) однозначно 👍👌👏💪👏

[@FimaAkvinov]

Лайк автоматом. И настроение поднялось. С удовольствием посмотрю продолжение. Спасибо. Добра.

[@user-ur6ht8dn3b]

Лучше всех, на пиле, играет моя жена. Обожаю этот звук😅

[@user-bh6ey1ke4n]

У меня на пиле играет тёща. Причём без пилы.

[@unclepasha2718]

Есть замечательная российская группа Ва-та-га, лидер которой Александр Леонов играет на всём, что только издаёт звук, в том числе и на пиле. Причём он умудряется извлекать из пилы мелодию, а не просто набор какофонических звуков. Живые выступления группы есть на Ютубе.

[@pathemep]

Вообще то пила ножовка и двуручная пила по типу "дружба" это уже давным давно *конвенциональные музыкальные инструменты.* Существуют реальные, абсолютно без шуток, производители *музыкальных пил ножовок* Они совсем не подходят для пиления дерева, так как не заточены, но они великолепно темперированы и чарующе звучат в руках профессионального музыканта. Кроме сольных исполнителей, существуют так же целые *оркестры* из музыкальных пил ножовок.

[@user-sr5lw3bv9]

​@@pathemep, главное, чтобы их энтузиазм не дошел до ударных топоров 😂

[@101picofarad]

​@@pathemepа сверлильный оркестр в каком зале выступает? 😂

[@michaelpovolotskyi3295]

В физике лазеров такое увеличение (или уменьшение) частоты с течением времени назвается chirp. Важная практическая вещь.

[@vladimirlos5432]

Ну, сейчас такое не всегда можно услышать. А вот раньше, когда трансформаторы и конденсаторы (накопители), в лазерных установках, были огромными, именно звук работы первых, при "стрельбе" первых лазеров, вдохновляла авторов фантастических фильмов на озвучку баталий в космосе, теми самыми "пиу-пиу, пиу-пиу"... :)))) Это - то же самое, как в ранних фильмах "компьютеры" и их работа, должны были быть показаны через мелькание множества каких-то лампочек и наличия постоянного непонятного звука переменного тона. Смысла всего этого мелькания и перемены тона народ не понимал, но всем сразу становилось ясно, что "работает компьютер"... :))))

[@michaelpovolotskyi3295]

@@vladimirlos5432 Я говорил не о звуке, а о спектральных свройствах лазерного излучения. То есть, это chrip в кавычках.

[@RogovAB]

@@vladimirlos5432 Там наверное какой-нибудь обратноходовый преобразователь стоял в режиме генератора тока, а с ростом выходного напряжения частота увеличивалась.

[@TomaTLAB]

@@RogovAB Только, не обязательно флай. Но обязательно автоколебательный. Блокинг там, или ройер. Старая фото-вспышка на батарейках (от розетки сейчас уже и не помнит никто, а у современных преобразователи чуть ли не под мегагерц забрались их не слышно) самая наглядная иллюстрация этого "пых-пииуу". Впрочем, накачка рубинового импульсника -- та же фото-пыха переросток :)

[@TomaTLAB]

@@vladimirlos5432 Этот "ЭВМный" звук, возможно, создавали газоразрядные индикаторы. Даже при включении-выключении одиночной неонки иногда можно услышать этот тихий "тиньк". А когда их на пульте и в ТЭЗах дикие стада перемигиваются... :)

[@ICE_DAYS]

Пожалуйста, сделайте еще ролик или несколько про резонанс, там точно есть, про что снимать)

[@kkh1965]

Спасибо за живой и наглядный рассказ. Вспомнил юность, студенческую аудиторию и восхитительные лекции по теории упругости Венедикта Ивановича Климанова.

[@user-fg1yr1kh5k]

я и не знал, что на пиле можно играть так виртуозно: O Sole Mio: Amazing Saw & Cello duo!

[@user-yb2ws4ty4j]

Объясним теоретически, почему график перемещения середины пластины имеет форму петли, а не одиночной линии. Мы имеем дело с цилиндрическим изгибом пластины. Поэтому мы упрощенно можем заменить пластину двухопорной балкой. За обе опоры выберем неподвижные шарниры. Расстояние между опорами выберем таким, чтобы балка приобрела форму дуги и испытывала продольный изгиб. Приложим к краям балки одинаковые моменты противоположного направления, постепенно увеличивая их величину. Это приведет к тому, что балка кроме продольного изгиба начнет испытывать чистый изгиб и к повороту краев балки. Сначала изгибающие моменты в сечениях балки от чистого изгиба будут меньше изгибающих моментов от продольного изгиба. Поэтому перескок дуги в другую сторону происходить не будет. Он произойдет лишь тогда, когда величина моментов по краям балки достигнет определенного значения. Дальше для завершения цикла нужно снять моменты, приложенные к краям балки, и заменить их на моменты с противоположными направлениями.

[@GPWT-video]

Подписался, крутой канал!

[@foxaleks.9176]

Спасибо за видео. Петля гистерезиса для звука, при деформации Роберта Гука.

[@RogovAB]

Тут наверное больше бы подошли полярные координаты. Угол он и есть угол.

[@harveisterharveister3830]

очень интересно про теорию катастроф!

[@RogovAB]

Поддерживаю! Неустойчивости, флуктуации все вот это.

[@vernnms78]

Про изменение частоты звука и амплитуды мне сразу было понятно. Так же понятно, что в эксперименте при прогибе пластины образуется три "мостика" деформации. В начале эксперимента основное напряжение материала приходится на центральный "мостик" (боковые "мостики" практически не выражены), но при повороте прорезей боковые "мостики" увеличиваются, их длина становится больше, а у центрального меньше. В какой-то момент происходит упругое выпрямление центрального "мостика", которое выпрямляет боковые "мостики". Всё это порождает гармонические колебания с параметрами, близкими к колебаниям в колебательном контуре при единичном импульсе. Это мое диванное мнегие. 😅

[@kibitosik215]

Точно так же работает пружинка в кнопке мышки, коих было почищено и смазано против окисления великое множество. А когда я увидел диаграмму на 3:20, сразу вспомнил - гистерезис. Триггер Шмидта, клавишные переключатели, термореле и другие биметаллические приборы, как же это всё знакомо.

[@user-pp8jp3cz2s]

4:01 о! Теория катастроф!!! А не подводите ли вы это к замечательной книжке "Теория катастрофы" Ника Горькавого? (он же Николай Николаевич Горькавый, известный астрофизик) ... Если читали, то очень интересует Ваше мнение о книжке))) Как физика и как преподавателя.

[@user-gq1de7yl7v]

В таком вопросе сначала нужно разобраться что пораждает звуковую волну.Звук по своей природе это колебание давления в веществе,которое служит средой распространения звуковой волны.В разной среде волна давления(звуковая волна)распространяется со своей скоростью.Величина изменения давления определяет амплитуду колебаний звуковой волны или единичного импульса. Чтобы в воздухе породить звуковую волну ,нужно плоским предметом к примеру чтоб этот предмет достиг скорости звука.При этом перед предметом воздух(газ)начнет сжиматься,т.к. фронт распространения давления сравняется со скоростью предмета.По этой причине мы слышим хлыст кнута,хотя он об землю не ударяется.Конец хлыста достигает сверхзвуковой скорости. Так же и с пластиной.При её разгибании происходит достаточное быстрое разгибание,которое создаёт звуковые волны разных частот и порожденных гармоник.

[@VictorGravit]

Это ж вообще не про это - скорость звука тут не при чём. И без скорости звука предмета предмет будет издавать звук.

[@progressive_agriculture]

Крышки от стеклянных банок консерв звучат также. Очень родителей бесило, когда ребенок до таких крышек добирался. Почти как пенопласт по стеклу.

[@puaktopblm]

Пальчиков в конце каждой лекции задавал на дом объяснить какое-нибудь явление. Однажды был вопрос и про пластину. Но как мне кажется, я тогда какую-то ерунду написал.

[@user-rk7rx3ue9v]

при эксперименте на установке, звук был достаточно глухим, это может быть и материал не на столько пружинистый. а вот при перегибании в руках имеет место быть прогиб от руки к руке, желобок возникает в местах напряжения и он дает дополнительный звон перегибу.

[@VictorGravit]

Вот, кстати, я думал, что звук должен был от высокого к низкому снисходить. Ведь в пластине/струне/пиле с высоким напряжением происходит больше колебаний, чем в "расслабленной". А нет, всё правильно. Пересмотрел. Звук "зарождается" в момент разгибания пластины (когда, грубо, пластина в прямом состоянии) и гаснет примерно в момент сгибания её в обратную сторону. Тогда всё, что я писал выше, объясняет, почему пластина издаёт именно такой звук. Интересный факт: если взять, условно, два идентичных предмета (пусть будут с ярко выраженной частотой собственного звучания), но разных по жёсткости (условно), то выше будет звучать более жёсткий.

[@user-bk4km8ly8h]

Хлопок от пластинки в одной руке не от погиби, а от того, что пластинка деформирована в захвате и поэтому преодолевает продольное скругление от этого захвата. Сам механизм звукообразования точно такой же. А громкость выше от того, что приглушкается звук только с одной стороны, тогда как в первом варианте приглашение дают две руки с двух сторон.

[@vov4ick]

Спасибо! Думаю что хлопок пузыря порождает в пластине короткий цуг поверхностной поперечной акустической волны, которая рождает цуги звуковых волн в воздухе, которые при сложении дают довольно высокий тон. Явление похоже на наложение волн при отражении от лестницы, например здесь: kzbin.info/www/bejne/maemkJebj9p3esk в наших краях можно слышать, хлопая в ладоши недалеко от забора из гофролиста.

[@vladimirlos5432]

родственно задаче про качественное узнавание скорости, с которой движется кончик пастушьего кнута/хлыста. (Там, кстати, в определённых случаях, конструкциях кнута и сноровки пастуха, - и сверхзвук может достигаться!)

[@Chugunov_Igor]

Можно провести аналогию с американским народным инструментом казу, или китайской флейте ди. Там гибкая не натянутая мембрана движется в такт звуковой волне, пока не оказывается полностью растянутой. В этот момент происходит её резкая остановка, сопровождаемая щелчком.

[@user-bh6ey1ke4n]

3:15 Да это же знаменитый триггер лейтенанта Шмидта!

[@rainbowhyena1354]

Звон пластины с растущей частотой очень напоминает звук удара двух больших металлических шаров друг об друга. В случае шаров механизм следующий: сила, сближающая шары, постоянна и от расстояния между шарами не зависит (в отличие от гармонических колебаний, где частота постоянна, а сила меняется по синусоиде). А максимальное растоянте между шарами с каждым ударом уменьшается, что приближает следующий удар и повышает частоту. Полагаю с пластиной механизм похожий: амплитуда колебаний уменьшается, а сила, возвращающая пластину в положение равновесия, не уменьшается

[@aleksandr_berdnikov]

Насколько я понимаю, пластина в каждый момент звучит с тем спектром, который она бы издавала если по ней в таком положении постучать (собственные колебыния). Их частота от амплитуды колебаний не зависит (они гармонические), а у шаров всё максимально далеко от гармонических колебаний (дискретные упругие удары)

[@user-sq9sv6dr1u]

Автор ролика упустил ( может быть, намеренно) возможность вращать цилиндры независимо. Наверное, если вращать их независимо, то управление станет двумерным, а гистерезис (перещелкивание) уже будет получаться на некоторой одномерной кривой, подобно тому как астроида возникает в машине катастроф Зимана. Если это так и если будете писать статью, хочу в соавторы)

[@EfremPS]

Классные вещи рассказываете! Жаль на физике в школе у нас был не такой интересный преподаватель, как Вы ))

[@100DERBAN]

Схлопывание волны импульса увеличивается в разы, приложенной к нему энергии. Думаю этот вектор в волне просчитается в 3,1399000009 так называемое число пи, просчитанное через радианы :)

[@user-tf9bg9nx8s]

Вопрос: слово "наверЬху" это профессиональный сленг? За ролик лайк!

[@CR-mm9ib]

Пластина сильнее сгибается, становится жёстче и от этого повышается тон звука.

[@vit3060]

Если бы дело было только в этом, то повышение звука длилось бы до самого сильного изгиба, то есть до четверти периода (половина времени между щелчками), но на спектрограмме, несмотря на быстрое затухание колебаний, хорошо видно, что высота повышается лишь где-то до трети времени пути максимального изгиба (~15% от времени между щелчками, но в смысле угла изгиба это чуть больше, чем треть от полного угла изгиба), а потом стабилизируется или вовсе начинает падать. Поэтому для меня более правдоподобной выглядит версия о постепенном (но более быстром, чем четверть периода размахивания), "перещёлкивании" прогиба от пальца до кончика листа, из-за чего длина вибрирующего участка сокращается, и поэтому частота колебаний растёт. После того, как происходит полное перещёлкивание, длина вибрирующей части листа возрастает (впрочем, лист должен колебаться и до места перещёлкивания и после, и с разной частотой, но "до" стоит мягкий палец, который глушит колебания, поэтому лучше слышно должно быть часть листа ближе к его свободному концу), что приводит к понижению частоты. На это также накладывается изгиб листа в другом направлении, что должно приводить к повышению частоты. Однако, мы видим, что частота слишком быстро по сравнению с четверть-периодом стабилизируется или даже немного понижается, то есть фактор понижения частоты из-за увеличения длины колеблющейся части компенсирует и даже побеждает фактор повышения частоты из-за изгиба листа в направлении размахивания рукой.

[@nepucc9966]

А с какой скоростью происходит перемещение пластины из верхнего положения в нижнее? Может, там надо с прохождением через скорость звука или близкую к ней поиграть?

[@brianshoubert7803]

Один прогиб и ты погибь )))

[@user-og8di5yq5e]

опыт не корректный в руках пластина зафиксирована не жестко (модно сказать что концы вообще не зафиксированы) в отличии от стенда

[@bonobo9904]

Ну собственно ответ был уже подсказан упоминанием пилы. Собственная частота колебаний листа металла зависит от изгиба.

[@RogovAB]

Ну то есть коэфициент гука от преднатяжения.

[@satell2805]

Гистерезис, он такой)

[@VL_VL_]

Звук театральной грозы с большим листом жести

[@suntechnology]

Чем больше площадь не напряженной поверхности тем ниже звук. А во время погиби площадь уменьшается до полного прогиба в другую сторону. Поэтому частота увеличивается. А вот откуда вообще берется вибрация не понятно. Не от тремора же рук

[@steppeez]

инженеры могут эксплуатировать нелинейные эффекты и в малошумящих параметрических усилителях и в устройствах обработки информации

[@vladislavtsendrovskii832]

Мне кажется установка с 2 трубками и когда сгибаешь руками не совсем эквивалентны. Когда сгибаешь руками, то руки все же могут расходиться когда пластинка прямая, а трубки всегда на фиксированном расстоянии

[@tituszx1]

Есть предложение, что изменение частоты звука происходит оттого, что нелинейная деформация переходит в линейную с уменьшением амплитуды колебаний.

[@Cosmo_Stranger]

Вот чем нужно заменить тёмную материю! "Тёмная материя" - это всего лишь погибь пространства-времени!

[@AlexandrIZ21261]

тон повышается, т.к. происходит натяжка поверхности листа при изгибании.

[@cavesalamander6308]

Не, погибь - это экзамены.

[@Tigranik47]

Подскажите а что за программа для анализа спектра звука?

[@Wse_Swoimi_Rukami]

Воздушное колебание.

[@bonobo9904]

Все в нашей жизни - сплошная погибь...

[@aleksandr_berdnikov]

А почему вы считаете что у свободного листа источник звука - это перещёлкивание погибей?

[@schetnikov]

Я думаю, там соединяются вместе оба эффекта.

[@aleksandr_berdnikov]

@@schetnikov (на всякий случай - я не понял ответ совсем; какой второй эффект продуцирует звук? почему вы в первом уверены настолько, что препоносите его как факт?)

[@schetnikov]

@@aleksandr_berdnikov написал текущее соображение под комментарием Саши Ким.

[@a1exkim]

Очень понравилось про возникновение звука, спасибо! Видимо, действительно, это происходит в момент резкого выгибания листа. И потом волны бегают в разные стороны по пластине. Но какой размер пластины здесь больше важен, длина или ширина? Изначально кажется, что длинный размер пластины задаёт тон всему звуку. Мы взяли пластины одинаковой длины, но разной ширины. Для широкой пластины звук оказался ниже, для узкой - выше. Это и на слух слышно, и в спектре видно. Самая громкая частота в спектре, отложенная от ширины пластины, выглядит как гипербола. Итак, у нас есть стоячая волна на коротком размере пластины. Частоты соответствуют не продольной волне, а поперечной, - продольная слишком быстрая, километры в секунду, и частота должна быть несколько килогерц. У нас пластиковая пластина, и звук повышается со временем от 400 Гц до 1200 Гц для пластины пошире и от 900 до 1200 для пластины поуже. Итак, поперечная волна - на коротком размере пластины. Далее вспоминаем, что мы изгибаем пластину, формируя ребро жёсткости на этом коротком размере пластины, как бы хребет. По этому хребту бежит поперечная волна. Когда мы сильнее изгибаем лист, то жесткость увеличивается, возвращающая сила увеличивается, скорость тоже, тон повышается. Чем больше изгиб, тем выше звук. Этим объясняется повышение тона со временем - мы просто по инерции сильнее изгибаем пластину.

[@aleksandr_berdnikov]

"самая громкая стоячая волна формируется не вдоль изгиба, а поперёк, на горбике пластины." - а можете пояснить, я не понял в какаих координатах вы говорите, так сказать.

[@a1exkim]

​​​@@aleksandr_berdnikov, вот Андрей Иванович держит пластину перед собой двумя руками и выгибает вперёд. Я говорю о размере пластины по вертикали в данном случае.

[@aleksandr_berdnikov]

@@a1exkim это понятно, непонятно было про продольные и поперечные колебания. Но про ширину, конечно, тоже загадочно, в установке кажется что из соображений симметрии любая пластина должна вести себя как конечный участок бесконечной...

[@a1exkim]

@@aleksandr_berdnikov про продольные колебания я ничего не писала. "Симметрия" здесь нарушается, когда одно из направлений становится более жёстким на изгиб

[@a1exkim]

​@@aleksandr_berdnikov, я переписала

[@stopthewar3313]

Слишком много механиков стало.

[@Galaxy-111]

Один прогибь и ты погибь

[@andrewdronsson9028]

Чем сильнее деформация листа, тем выше частота его собственных колебаний. Почему? Это я и сам хотел бы узнать. Пока напрашивается аналогия с настройкой струнных музыкальных инструментов. Там ведь так же: чем сильнее натянута струна (при неизменной длине мензуры), тем выше звук.

[@user-xl1nd7ie4j]

Ну и чего вам не хватает? У вас в руках источник звука, мех воздействие может оказывать любое событие окружающнй среды - изменение температуры, давления, ветер, дождь. - да что угодно! Усилить звук тож не сильно сложно, явлением резонанса, далее это звук напровляется в термо-акустический двигатель ..... И вот вам РАБОТА, энергия фактически из нечего! ... Так где такие установки? Или в моей логической цепочке есть ошибка?

[@annaboeva]

Дисперсия звуковых волн. Звук такой же, какой был в вашем ролике про дисперсию, когда ударяли по стальному канату моста. Разошедшиеся волны, отразившись от конца листа, снова сходятся, усиливая друг друга.

[@user-ds1rk9fb1y]

Ответ на вопрос: После перещёлкивания в пластине возбуждаются собственные колебания, когда пластина продолжает деформироваться, в ней нарастают напряжения, и из за этого частота собственных колебаний увеличивается

[@nik452600]

гестерезис - переходной процесс с одной плоскости в другую - смена напряжений то есть получается резонансная частота плоскостей разные покрытия будут сдвигать частоту ?