Сегодня мы поговорим о ещё одной интересной задаче Международного турнира юных естествоиспытателей 2025 года — «Звучащий стакан». Чтобы воспроизвести её условие, прикрепите к дну пластикового стакана достаточно длинную нить, смочите её водой, плотно оберните вокруг нити кусок влажной бумажной салфетки и потяните салфетку вниз. В задаче нужно объяснить и исследовать громкий резкий звук, который вы при этом слышите. Такой же звук получается и без салфетки, если по нити провести мокрыми пальцами, чем мы и пользовались в наших опытах.

Мы записали звуковой сигнал на микрофон и обнаружили, что он далек от синусоиды, имеет характерную частоту примерно 800 Гц, а форма сигнала воспроизводится с частотой около 100 Гц. Теперь качественное объяснение кажется очевидным: при движении мокрых пальцев по нитке коэффициент трения покоя больше коэффициента трения скольжения, пальцы натягивают нить, срываются с неё и проскальзывают, за это время донышко стакана успевает сделать несколько колебаний на частоте 800 Гц, затем пальцы снова прихватывают и натягивают нитку, снова срываются, и этот процесс происходит раз за разом с частотой 100 Гц.

Чтобы рассмотреть колебания донышка, мы натянули на обрезок пластиковой трубы тонкую резиновую мембрану, при этом характерная частота звукового сигнала упала до 500 Гц. На скоростной съёмке хорошо видно, как мембрана оттягивается и срывается с частотой около 40 Гц, однако быстрых колебаний мембраны, которые создавали бы слышимый звук, совсем не заметно!

Так может быть звук создают не дрожание мембраны, а колебания столба воздуха в трубе? Расчёт показывает, что частота четвертьволновых колебаний в трубе составляет как раз около 500 Гц, а собственные колебания мембраны происходят на частоте 48 Гц, и не могут быть источником того звука, который мы слышим. И теперь-то всё стало понятно!

Но начнём отсекать всё лишнее: возьмём вместо стакана крышку от баночки, прикрепим к ней нить и повторим опыт — получается очень похожий звук, хотя никаких колебаний в трубе тут нет и в помине! А о том, к чему привело в нашем исследовании последовательное применение бритвы Оккама, вы узнаете из нового ролика «Крякающий стаканчик». Смотрите и не забывайте ставить лайки!