חליל האש, הידוע גם בשם "Rubens Tube" (חליל רובנס) על שם ממציאו, מאפשר לנו "לראות" את גלי הקול.

החליל בנוי מצינור ארוך, שמצדו האחד מוזרם גז דליק ובצדו השני נמצא רמקול שמסוגל ליצור צלילים. בחלק העליון של הצינור קיימים חרירים רבים שדרכם יוצא הגז הזורם בו. כאשר מבעירים את הגז נדלקת אש מעל כל חריר שדרכו יוצא הגז. אם משמיעים צלילים ברמקול, תבנית האש משתנה ומתקבלת צורה גלית.

צפו בהדגמה של חליל אש בפעולה מתוך המופע "פיסיקה בכיף" עם ד"ר משה רשפון:

 

איך בדיוק פועל חליל האש? ובכן, דבר ראשון יש לדעת שהקול מתפשט באוויר בצורה של גלים, שהם סדרה של "הידחסויות" ו"קילושים" (אזורים פחות דחוסים) של האוויר, כפי שאפשר לראות באנימציה הבאה:

הנקודות השחורות מדמות את חלקיקי הגז שמהם מורכב האוויר. שימו לב שהחלקיקים עצמם לא באמת מתקדמים – הם בסך הכול נעים קצת קדימה ואז קצת אחורה. אם אינכם משוכנעים בכך, התמקדו בחלקיק יחיד ועקבו אחר תנועתו. רק הגל, או ה"הפרעה", מתקדמים באוויר.

בדרך כלל איננו יכולים לראות גלי הקול – גם מפני שלאוויר אין צבע וגם כי התנודות של גלי הקול קלות מאוד והמשרעת שלהם (האמפליטודה, עוצמת התנועה) קטנה.

כאשר משמיעים צלילים ברמקול של חליל האש, תבנית האש משתנה ומקבלת צורה גלית. אבל כפי שרואים (ושומעים) היטב בסרט, לא כל צליל מצליח ליצור תבנית של גל. למעשה – רק גלים בעלי אורכי גל (כלומר המרחק בין שיא אחד למישנהו בגל) מסוימים מאוד, וצלילים מסוימים מאוד, יוצרים תבניות יפות באש. הסיבה היא שהצינור אטום, כך שגלים שמגיעים עד לקצה האטום שלו מוחזרים אחורה ומשתלבים בגלים שממשיכים לצאת מהרמקול שבצד השני, בתהליך שנקרא התאבכות.

גלים שאורך הצינור הוא כפולה שלמה של אורך הגל שלהם, יעברו תהליך שנקרא התאבכות בונה ויתחברו לדבר שנקרא "גל עומד". למשל אם אורכו של הצינור הוא 100 ס"מ, הוא יכול להכיל בשלמות חמישה מחזורים של גל באורך גל של 20 ס"מ. כאשר המחזור החמישי של הגל יגיע לקצה הצינור, הוא יחזור אחורה ויתחבר בצורה מושלמת עם גל שהגיע אחריו מכיוון הרמקול. כך תיווצר תמונה של חמישה מחזורי גלים שכביכול לא מתקדמים במרחב לשום מקום, בדומה לגלים שרואים במיתר מתנדנד של גיטרה שקשור משני קצותיו.

אזורים בהם בממוצע גל הקול צפוף יותר הם איזורים של לחץ גז גבוה יותר – לכן הגז פורץ בהם החוצה בעוצמה רבה יותר מבעד לחרירי הצינור ואנו רואים אש בגובה רב יותר. מצד שני, איזוריפ בהם בבמוצע גל הקול צפוף פחות הם איזורים של לחץ נמוך יותר, כך שהגז פורץ בהם מבעד לחרירים בעוצמה נמוכה יותר ואנו רואים שפל באש. בצורה כזאת אנו יכולים לראות בעינינו את גלי הקול – ואפילו למדוד את אורך הגל שלהם.

הפרק הקודם: מה מגיע לאוזנינו כשאנחנו שומעים?

הפרק הבא: האופי ההשוואתי של חוש הראייה

ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

0 תגובות