Pasjonująca fizyka klaskania nareszcie wyjaśniona

Jak naukowo wyjaśnić charakterystyczny dźwięk, który generuje klaskanie w dłonie? Tego wyzwania podjęli się inżynierowie z kilku amerykańskich uczelni, a jego wyniki opublikowali w poważnym piśmie naukowym „Physical Review Research”.

Okazuje się, że klaskanie w dłonie to nic innego, jak wytwarzanie zjawiska rezonansu Helmholtza czyli zjawiska akustycznego, który jako pierwszy opisał niemiecki fizyk Hermann von Helmholtz jeszcze w XIX w. Ten typ rezonansu występuje, gdy powietrze jest wtłaczane i wypychane z jamy (komory rezonansowej), powodując drgania powietrza wewnątrz z określoną częstotliwością naturalną. Zasada ta jest powszechnie obserwowana w życiu codziennym, zwłaszcza podczas dmuchania w górną część butelki, co powoduje rezonansowy ton.

Kiedy ktoś klaszcze w dłonie, strumień powietrza wylatuje z przerwy, w której dłonie się spotykają, między kciukiem a palcem wskazującym. „Ten strumień powietrza niesie energię stając się źródłem i początkiem dźwięku” — wyjaśnia w rozmowie z portalem Science News inżynier Yicong Fu z Cornell University, kierujący zespołem badaczy. Strumień wywołuje wibracje powietrza. Fu i współpracownicy zaobserwowali podobny efekt, używając silikonowych modeli w kształcie kubków zaprojektowanych tak, aby naśladować uderzanie o siebie dłońmi.

Klaskanie w dłonie i rezonator Helmholtza

Aby zbadać, jak powstaje dźwięk generowany przez klaskanie w dłonie, naukowcy pod kierunkiem inż. dr. Yconga Fu przeprowadzali eksperymenty z użyciem posypki pudrowej na dłoniach. Nagrywali je następnie, po czym klatka po klatce badali ruchy fal powietrza krążących między klaszczącymi dłońmi. Dzięki temu zaobserwowali, że dłonie podczas klaskania zachowują się jak rezonator Helmholtza.

Podstawowa zasada tego zjawiska obejmuje drgania masy powietrza w szyjce rezonatora, działającej analogicznie do masy na sprężynie. Gdy siły zewnętrzne, takie jak przepływ powietrza, zakłócają tę masę powietrza, oscyluje ona i powoduje rezonans powietrza w komorze. Zjawisko to charakteryzuje się ostrą i wysokoamplitudową krzywą rezonansową, co odróżnia je od innych typów rezonansu akustycznego.

Badania, których efekty opisali w artykule naukowym na łamach „Physical Review Research” nie tylko mogą dziś zaspokoić ciekawość ich samych oraz innych dociekliwych obserwatorów codziennych zjawisk, ale przede wszystkim będą miały zastosowanie praktyczne. „Nasze odkrycie może ułatwić niedrogą diagnostykę akustyczną w architekturze i poprawić rytmiczne wzorce dźwiękowe w edukacji muzycznej i językowej” – piszą w abstrakcie swojej pracy.

Anna Druś