Zingend Glas

Datum: Januari 2010

Principe:

Een geluidsgolf creëren m.b.v. een wijnglas en water.

Materiaal:

  • Wijnglazen
  • Water
  • Natte vinger
  • PC met sofware
  • Videocamera
  • AoA Audio Extractor is een tool die het mogelijk maakt om audio te extraheren van video files
  • Audacity is een audio editor die het ook mogelijk maakt om geluidssignalen te analyseren

Uitvoering:

  • Indien men meerdere glazen gebruikt vul deze dan met verschillende hoeveelheden water.
  • Zet de glazen voor je op de tafel.
  • Maak je vinger nat.
  • Wrijf met je vinger over de rand van het glas.
  • Luister goed naar de toon.
  • Doe nu hetzelfde met de andere glazen.
     
  • Gebruik de videocamera of een webcam om een filmpje te maken.
  • Importeer dit fimpje op de PC.
  • Gebruik de AudioExtraxctor om een audio file te creëren.
  • Analyseer de audio file m.b.v. Audacity.

Resultaten:

Het resultaat is weergegeven in nevenstaand filmpje.

Vaak zal men toestemming moeten verlenen om het filmpje te laten spelen.

 

Daarnaast heb ik er dus ook een WAV file van gemaakt:

YouTube link: Zingend glas

 

Het inlezen van de audio file in Audacity genereert onderstaande screenshot. Twee toongebieden zijn van belang, rond 6 s en rond 11 s. Elke is de toon van een van de wijnglazen.

We selecteren zulk een gebied en voeren vervolgens een FFT analyse uit
(Pull-down menu "Analyze").

1ste gebied (rond 6 s)
2de gebied (rond 11 s)

In de FFT spectrogrammen kunnen we de resonantiefrequenties duidelijk waarnemen als pieken.

Discussie en conclusie:

Elk materiaal (glas, staal, beton) heeft een eigen natuurlijke frequentie waarbij het bint te trillen. Deze frequentie noemt men de resonantiefrequentie. Als men dus energie toevoegt aan een systeem gelijk aan de resonantiefrequentie zal het gaan vibreren (resoneren), een afgedwongen trilling. Bij het wijnglas beweeg je de vinger over de rand van het glas (door de vinger nat te maken vergroot je het contactoppervlak, geen vet meer). Door over de rand te wrijven draag je energie over aan de glas moleculen waardoor deze gaan resoneren. De handbeweging zorgt ervoor dat een vibratiegolf zich gaat voortplanten door het glas. Het vibrerende glas zorgt ervoor dat lucht moleculen gaan trillen bij dezelfde frequentie. Trillende luchtmoleculen zijn een geluidsgolf die opgevangen wordt door je oor. De frequentie van de geluidsgolf is dezelfde als de resonantiefrequentie van het glas. 



Trillingen van het glas creëert golven en knopen
De vraag is nu welke rol het water speelt. Als de resonantiegolf door het glas beweegt sleept het de water moleculen met zich mee waardoor een golf gecreëerd wordt die men aan de rand van het glas kan zien. The meegesleepte watermoleculen zorgen ervoor dat de effectieve massa (glas + water moleculen) toeneemt waardoor de energie van de golf die door het glas beweegt afneemt. Als de energie daalt daalt ook de frequentie van de golf in het glas, hetgeen men kan horen aan de toon van de geluidsgolf.

 

Opmerkingen:

  • Ene filmpje is niet echt noodzakelijk. Men kan ook gewoon een audio file opnemen met een microfoon.
  • Veel typen onderzoek zijn hier mogelijk. Men kan dan bv aan de slag gaan met verschillende glasvormen, meer variaties in de waterhoeveelheden, etc.

Literatuur:

  • Jearl Walker; "The Flying Circus of Physics With Answers"; Wiley; 1977; ISBN 047102984x; p. 3, 225.
  • Gregor Jundt, Adrian Radu, Emmanuel Fort, Jan Duda, Holger Vach, Neville Fletcher; 'Vibrational modes of partly filled wine glasses'; The Journal of the Acoustical Society of America; 2006 6 119; p. 3793-3798.
  • Gorazd Planinsic; 'More Fun with Singing Wineglasses'; The Physics Teacher; 2008 1 38; p. 41-43.
  • Thomas D. Rossing; 'Wine Glasses, Bell Modes, and Lord Rayleigh'; The Physics Teacher; 1990 12 28; p. 582-585.
  • Robert E. Apfel; '"Whispering" waves in a wineglass'; American Journal of Physics; 1985 11 53; p. 1070-1073.
  • Yih-Yuh Chen; 'Why does water change the pitch of a singing wineglass the way it does?'; American Journal of Physics; 2005 11 73; p. 1045-1049.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

 

Achtergrondinformatie:

03-01-2011