SUONARE I BICCHIERI

Dimostrare le proprietà del suono

MATERIALE

• Acqua

• Diapason + martelletto + pesetto

• Bicchieri con stelo a flûte, vetro e cristallo e senza stelo

• Farina gialla

• Zucchero

• Latte

• Acqua saponata per bolle

• Altoparlante

• Bacinella

• Kit campana a vuoto

• Bottiglie di vetro accordate (circa 10)

METODI

DOMANDA: Ogni giorno ovviamente sentiamo moltissimi suoni, fatemi degli esempi. Ma avete mai provato a chiedervi “cos’è questo suono realmente?” Proviamo a scoprirlo insieme!

FARE: Prendere il diapason.

DOMANDA: L’avete mai visto? Cosa è?

RISPOSTA: E’ un diapason, produce un suono.

FARE: Provare a suonarlo. Provare poi a far toccare il diapason mentre suona, ad appoggiarlo sul naso, provare a far tappare le orecchie e appoggiare il diapason sulle tempie.

OSSERVARE: Il suono si sente.

DOMANDA: Cosa abbiamo sentito quindi? Cos’è il suono secondo voi?

RISPOSTA: Il suono è una “vibrazione”. Qui si potrebbe inserire la parte con zucchero e bolla di sapone su cassa acustica (suono: trasporta energia con moto ondulatorio, è onda)

DOMANDA: Tra gli oggetti in cucina con cosa si può produrre un suono?

RISPOSTA: Bicchieri…

DOMANDA: Come possiamo suonare questi bicchieri?

RISPOSTA: Picchiando il martelletto come nel diapason.

FARE: Proviamo a picchiettarli con il martelletto, si sente un suono che cambia nei vari bicchieri.

DOMANDA: Ma ci sono altri modi per far suonare questi bicchieri?

RISPOSTA: Sì, possiamo suonarli sfiorandoli col dito.

FARE: Facciamo suonare i bicchieri con il dito bagnato (per eliminare gli attriti) in bicchieri con diversi livelli di acqua. DOMANDA: Si, anche così sentiamo un suono. Perché si sente il suono?

RISPOSTA: Perché lo sfregamento crea una vibrazione lungo la superficie del bicchiere che, essendo a contatto con l’acqua, la raggiunge. La forma del cristallo funge da cassa di risonanza, per questo motivo è possibile sentire un suono che è quindi originato dalla massa di acqua in movimento.

DOMANDA: Ma questo cambia nei vari bicchieri, a forma di calice o no, o è sempre uguale? (Facciamo risentire anche picchiettandoli)

RISPOSTA: Si, il suono cambia.

OSSERVARE: In quello non a forma di flûte non si produce alcun suono. Perché?

RISPOSTA: Esso non suona poiché non ha la forma di calice: essendo poggiato sul tavolo le vibrazioni sono assorbite da esso e quindi non riescono a creare un suono.

DOMANDA: Ma dipende anche dal materiale o possiamo far suonare tutti i bicchieri che abbiano la forma a flûte?

RISPOSTA: Suonano solo quelli di cristallo, poiché il vetro è un solido amorfo e non ha quindi una struttura propria; il cristallo al contrario ha una propria struttura e le particelle sono fisse e possono vibrare solamente tra lo spazio che c’è tra esse. (Spieghiamo poi che se i bicchieri che stiamo utilizzando non sono di puro cristallo, ma sono di vetro, suonano comunque poiché contengono una parte di cristallo)

DOMANDA: Se aggiungiamo acqua, il suono cambia? Se sì, diventa più acuto o più grave?

OSSERVARE: Si produce un suono più grave*.

FARE: Proviamo a far suonare un diapason normale ed un altro diapason identico ma con applicato un pesetto su una delle due estremità.

DOMANDA: Secondo voi il suono sarà uguale o cambierà anche in questo caso?

RISPOSTA: Il suono cambia perché il pesetto blocca la vibrazione come l’acqua nel bicchiere. (Lo facciamo sentire). *La presenza d’acqua aumenta la massa del sistema e perciò abbassa la frequenza di risonanza, come quando si lega una massa a una molla, più c’è massa più la frequenza di oscillazione diminuisce.

DOMANDA: Cambiando liquido, ad esempio se riempiamo un bicchiere con del latte, il suono cambierà? Se sì, diventerà più acuto o più grave?

FARE: Utilizziamo due bicchieri, riempiti allo stesso livello ma uno con acqua e uno con latte.

OSSERVARE: Il suono nel caso del bicchiere cambia (nella bottiglia poi vedremo no*).

RISPOSTA: Ciò accade perché nel bicchiere è la massa a produrre onde ed essendo essa (latte) più densa il suono cambia diventando più grave. (Nelle bottiglie non cambierà poiché la massa di liquido non crea l’onda ma serve solo a diminuire lo spazio di aria all’interno*)

DOMANDA: In cucina possiamo far suonare anche le bottiglie. Ma come?

RISPOSTA: Possiamo picchiettarle come i bicchieri.

FARE: Allo stesso modo picchiamo sulle bottiglie: il suono varia come nei bicchieri (+ acqua suono grave, - acqua suono acuto)

DOMANDA: Conoscete un altro modo per suonare le bottiglie?

RISPOSTA: Soffiando in un modo particolare (come flauto, cioè con l’angolazione giusta).

FARE: Soffiamo in una bottiglia e facciamo sentire un suono.

DOMANDA: Facendo così cosa vibra? Acqua, vetro o aria?

FARE: Per smentire che sia il vetro a vibrare, facciamo toccare la bottiglia mentre suoniamo (non si sente una vera vibrazione); per far capire che non è l’acqua suoniamo una bottiglia con della farina gialla all’interno (il suono viene comunque prodotto); sarà quindi l’aria a vibrare. (Confrontando bottiglie con bicchieri spieghiamo che si tratta di due diversi metodi per produrre i suoni. Nel caso delle bottiglie, non è l’acqua che crea il suono poiché messa in movimento, infatti essa serve solamente a “diminuire lo spazio vuoto” nella bottiglia, nel quale è contenuta l’aria che vibrando produrrà l’onda sonora*. Invece nel caso dei bicchieri è la massa di acqua stessa che, messa in vibrazione, creerà il suono)

RISPOSTA: Vibra l’aria, infatti la bottiglia non è “vuota”.

FARE: Soffiamo in diverse bottiglie (diversi livelli di acqua).

DOMANDA: Cambia qualcosa? Perché?

RISPOSTA: Non è come per i bicchieri, ma il contrario (+ acqua suono acuto, - acqua suono grave). Infatti l’acqua non “blocca” la vibrazione ma riduce lo spazio di aria.

DOMANDA: Abbiamo quindi capito che nel caso delle bottiglie, minore è lo spazio di aria maggiore sarà il suono. Ma riuscite a darmi altri esempi che magari vi ricordano che “più piccolo è lo strumento, l’oggetto, più acuto sarà il suono”?

RISPOSTA: Flauto, canne dell’organo, corde vocali..

FARE: Prendere il diapason e una bacinella d’acqua.

DOMANDA: Secondo voi cosa succede se immergo il diapason a testa in giù nella bacinella mentre lo suono?

FARE: Immergiamo il diapason e facciamo sentire che il suono cambia in base a quanto viene immerso nell’acqua (si notano anche le vibrazioni molto forti sulla superficie dell’acqua).

DOMANDA: Ma vi siete mai domandati “come si propaga questo suono”? Come facciamo a sentirlo?

FARE: Chiedere a dei volontari di alzarsi. Alcuni fanno le molecole nell’aria, un altro fa l’orecchio e un altro ancora fa il martelletto. Una delle guide fa il diapason. SI dispongono tutti quanti spalla contro spalla con il diapason (e il martelletto) e l’orecchio alle due estremità. Il martelletto “percuote” il diapason che inizia ad oscillare facendo muovere di conseguenza a catena anche le molecole fino a far arrivare questo “movimento” all’orecchio. Spiegare che questo è ciò che avviene anche nell’aria con il suono, che in realtà è quindi una vibrazione che viene fatta passare da molecola in molecola. (Far capire anche che se si tolgono molecole non arriva la vibrazione all’orecchio perché l’aria è necessaria per la propagazione del suono) Qui si potrebbe inserire la campana a vuoto.

FARE: Far vedere le onde longitudinali con la molla e mostrare che questo è un movimento simile a quello del suono nell’aria: il suono è un’onda longitudinale.

FARE: Dato che è possibile accordare le bottiglie come se fossero uno strumento musicale (colonna d’aria vibrante tarata sulle frequenze delle note musicali), allora proviamo a suonare qualcosa (“concertino con le bottiglie”). Scriviamo le note della melodia sulla lavagna e distribuiamo le bottiglie ai volontari.

FRA MARTINO:

Do re mi do do re mi do mi fa sol mi fa sol sol la sol fa mi do sol la sol fa mi do re sol do re sol do

INNO ALLA GIOIA:

Mi mi fa sol sol fa mi re do do re mi mi re re Mi mi fa sol sol fa mi re do do re mi re do do Re re mi do Re mi fa mi do Re mi fa mi re Do mi sol Mi mi fa sol sol fa mi re do do re mi re do do.

Come accordare le bottiglie: Supponiamo di voler accordare la bottiglia facendole suonare un La, la cui frequenza 𝑓1 = 440 𝐻𝑧 e sapendo che la velocità del suono in aria è 𝑣 = 343 𝑚/𝑠. Dato che per una colonna d’aria vibrante chiusa a un estremo 𝑓1 = 𝑣 4𝐿 con 𝐿 altezza della colonna d’aria, si avrà che 𝐿 = 𝑣 4𝑓1 = 343 𝑚/𝑠 4 ∙ 440 𝐻𝑧 = 0,195 𝑚 quindi l’altezza ℎ della colonna d’acqua nella bottiglia dovrà essere: ℎ = 𝐻 − 𝐿 Se la nostra bottiglia è alta 𝐿 = 0,230 𝑚, allora ℎ = 0,230 𝑚 − 0,195 𝑚 = 0,035 𝑚 = 3,5 𝑐𝑚. Ricordiamo che se si sale di un’ottava, la frequenza del La raddoppia, diventa cioè 880 Hz, quindi in questo caso la colonnina d’acqua dovrà essere 13,3 cm. Conoscendo le frequenze delle varie note si possono così accordare le bottiglie.