בניסוי הזה נלמד איך להפיק קולות מצחיקים באמצעות קשית שתייה, נלמד גם איך לשנות את גובה הצלילים המופקים ונלמד את העיקרון שלפיו פועלים כל כלי הנשיפה המוזיקליים.

ציוד

  • קשית שתייה
  • מספריים

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הסבר

כדי להבין את המתרחש בניסוי יש להבין שני גורמים: ראשית, איך נוצרים הצלילים על ידי הקשית? ושנית, מדוע הקול משתנה אם אנחנו משנים את אורך הקשית?

ראשית נסביר איך בכלל נוצרים הצלילים בקשית:
כשאוויר זורם בקשית דרך איזור צר, המהירות שלו עולה והלחץ שלו יורד – זאת תופעה פיסיקלית שנקראת "חוק ברנולי" (להרחבה בנוגע אליו ראו את הניסוי צפצפת הנייר של ברנולי). כתוצאה מכך שתי הלשוניות שבפתח הקשית מתהדקות זו לזו בלחץ האוויר שמחוץ לקשית (שאינו נע ולכן הלחץ שלו גבוה יותר מהאוויר הזורם בתוך הקשית – והוא לוחץ על הקשית). כשהלשוניות מתהדקות, פתח הקשית נסגר וזרימת האוויר בקשית נעצרת לרגע, לחץ האוויר בקשית חוזר ועולה – והלשוניות נפתחות בחזרה. ואז, כשהלשוניות נפתחות, זרימת האוויר בקשית מתחדשת והתהליך חוזר על עצמו כך שוב ושוב. כיוון שהכל מתרחש מאוד מאוד מהר, התוצאה היא שהלשוניות רוטטות במהירות רבה במהלך תנועת הפתיחה והסגירה, פוגעות באוויר שזורם בקשית, וכך יוצרות את גלי קול שאנחנו שומעים.

הקול 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.

עכשיו נשאר רק להבין מדוע אורך הקשית משנה את הצלילים שמשמיעה הצפצפה. ההבדל בין צלילים בגבהים שונים, כמו קול הבס של תוף גדול או הצליל הגבוה של כינור או של אישה בעלת קול דק, הוא התדירות של הגל – כלומר כמה פעמים הוא רועד בשנייה. צליל גבוה מתבטא בהרבה רטיטות (כמה אלפי פעמים בשנייה) ואילו צליל נמוך רוטט בין פעמים בודדות בשנייה עד לכמה עשרות רעידות בשנייה. באותה מידה אפשר להסתכל על ההבדל בין גבהי הצלילים גם על פי אורך הגלים (המרחק בין כל שיא של גל לבין השיא הבא שלו) – לצליל נמוך יש אורך גל ארוך, ולצליל גבוה אורך גל קצר. בפועל שתי נקודות המבט זהות לחלוטין, כי כל תדירות מאופיינת באורך גל אחד בלבד).

רטט הלשוניות בקצה הקשית יוצר גלים בתדירויות רבות ושונות (כלומר באורכי גל רבים ושונים). בקשית הצליל עובר הגברה באמצעות תהליך שנקרא תהודה או רזוננס. בקצרה, בתהליך התהודה מוגברים הגלים שאורך הגל שלהם זהה לאורך הקשית עצמה, כפי שאפשר לראות בתמונה הבאה:

ככלל, התהודה נוצרת מכך שחלק מהגלים "מתנדנדים" הלוך ושוב בקשית לפני שהם יוצאים ממנה החוצה (תופעה של גל עומד). כך הם יכולים להתחבר זה לזה ועוצמתם גדלה. כהערת אגב נציין שהתהודה לא מתרחשת רק בגל שאורכו זהה לאורך הקשית, אלא גם בגלים שאורך הגל שלהם שווה לשבר שלם של אורך הקשית (חצי, שליש, רבע, חמישית וכו'), שמכונים "הרמוניות" של הגל הראשי – הם פשוט עושים את זה אחרי שעברו עוד כמה מחזורים בתוך הקשית עצמה וגורמים לצליל הראשי להישמע עשיר יותר.

מעניין לציין

כל כלי הנשיפה המוזיקליים פועלים על העקרונות שמודגמים בניסוי הנוכחי. לכלי נשיפה רבים, כמו קלרינט, סקסופון, אבוב ועוד, יש פיה שבה לוח דק שרוטט שיוצר את הקולות הראשוניים. כשסותמים את החורים בגוף כלי הנגינה, באמצעות האצבעות או מכסים מכניים, בוחרים למעשה איזה צליל ואיזו תהודה להעביר, כלומר רק את הצלילים שאורך הגל שלהם שווה למרחק שבין פיית כלי הנגינה לפתח שנפתח לאורך הצינור שלו.

בכלי נשיפה אחרים, כמו חצוצרה וטרומבון – השפתיים עצמן מייצרות את הצליל הראשוני וכלי הנגינה רק מגביר מתוכו תדרים מסוימים לפי בחירת הנגן, שמשנה את אורך הצינור שדרכו עובר הצליל על ידי לחיצה על קלידי החצוצרה או הזזה של צינור הטרומבון. גם חלילים וחליליות עובדים על עקרון דומה, אבל שם אין יצרן ראשוני של צלילים (כמו פייה או שפתיים), אלא התהודה נוצרת רק על ידי נשיפה עדינה. גם שם בחירת הצלילים נעשית באמצעות פתיחה וסגירה של פתחים בצינור של כלי הנגינה.

9 תגובות

  • דוד

    אתר נפלא

    אני מודה לך מקרב לב, הכנתי שיעור "אבא מעשיר" לכתה של בתי, בעזרת הסרטונים וההסברים שלך והיה נפלא

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    יופי

    תודה, שימח אותי לשמוע (לקרוא).
    :-)

    אבי

  • שרבל

    צליל,טון ורעש

    מה ההבדל בין צליל טון ורעש? האם אפשר להדגים?
    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מאמר נרחב עם הדגמות

    שלום שרבל
    ראה כאן מאמר נרחב עם הדגמות על
    http://www.haayal.co.il/story_1777 צלילים ומוזיקה והמתמטיקה מאחוריהם

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

  • רויטל אלטלף

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    האם יש שאלה כלשהי בקשר לניסוי?

  • מאיה

    לא הצלחנו....

    איזה חלק של הקשית אמור להיות בפה? (ניסינו כמובן את שניהם).
    האם אמורים לנשוף או להשמיע קול לתוך הקשית?
    זה נראה מאד פשוט אבל לא יצא לנו כלום. נשמח לעזרה : )

  • מאיה

    הצלחנו!!!!

    היה צריך להכניס את הקשית יותר לתוך הפה.
    תודה על האתר והניסויים הנהדרים.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    :-)

    תודה, שמחתי לקרוא!