Simfoniile undelor

În duminica asta sunt mulţumit, fericit. Stau cu picioarele fixate bine pe dig şi mă uit la soare cum iese din mare în faţa Cazinoului din Constanţa. Şi arunc pietricele în apă, una după alta, la intervale regulate, aşa cum făceam când eram copil. Piatra loveşte suprafaţa pură, liniştită a apei, o pătrunde, ducându-se spre adâncuri. Apa preia şocul, contractându-se brusc de jur împrejurul pietrei.

Nu ştiaţi că apa poate fi şi comprimată, chiar dacă numai infinitezimal? Dar şocul de densitate sporită măreşte presiunea în stratul de apă dimprejurul pietrei. Stratul următor preia şi şocul, şi presiunea, în timp ce stratul iniţial se destinde, dar mai mult decât în starea iniţială, ca un arc, creând o depresiune.

Şi uite aşa piatra generează în jurul ei valuri concentrice, care se duc cu informaţia de la piatră şi se întorc de mai departe, de la marea dimprejur cu altă informaţie: marea e mai mare şi ştie să preseze înapoi. Şi aşa, la orificiul creat prin afundarea pietrei apa se strânge, generând nişte stropi care sar drept în sus, ca din ţâşnitoare. Sigur că v-aţi mirat mereu de faptul ca valurile concentrice sunt la distanţă perfect egală. Şi dacă dăm cu piatra în Dunăre? Marea stă, Dunărea curge! Dar cercurile rămân, la aceeaşi distanţă, poate doar puţin deformate spre elipse.

Chiar ne interesează toate undele astea făcute de pietricelele aruncate în mare duminica la răsărit?

Aţi fost azi-noapte la Mamaia, la club? V-aţi delectat mai mult cu mega-undele bubuind din subwoofere sau cu giga-undele explodând din eşapamentul unui Lamborghini cu care venise un băiat din ăia deştepţi?

O asemenea simfonie este câteodată polifonică, dar de multe ori cacofonică.

Ca să vă spun cum este cu undele trimise încolo şi încoace, am să vă iau cu mine de la mare la munte, schimbând apa sărată pe aerul ozonat.

Badea se pregătea să sufle în tulnicul lui lung de 4 metri, turistul, cu ochii închişi, aştepta, culcat în iarbă, sunetele neaoşe şi atât de armonice. Doar că badea mâncase la prânz nişte cârnaţi groşi şi sănătoşi. Şi când îşi umplu plămânii cu aer, dând să sufle în tulnic, o bucată de cârnat îşi luă avânt prin esofag, fiind oprită doar de muştiuc. Ajuns la muştiuc, cârnatul lovi aerul care stătea liniştit în tulnic ca un ciocan. În urma năprasnicii lovituri, primul strat de aer, cel din muştiuc, se comprimă brusc, ceea ce provocă o creştere zdravănă a presiunii din el. Stratul de mai departe, de la intrarea în tulnicul propriu-zis, nu ştia încă nimic de asta, dar fu lovit de presiunea primului, pe care o dădu mai departe, stratului următor, în aval. Totul se întâmplă ca atunci când un camion izbeşte o coadă de maşini care stăteau la stop, chiar dacă nu îmi place exemplul. Întâi e lovită prima, după un scurt timp a doua, şi aşa mai departe.

Prin aerul dintr-un tulnic, între gura suflătorului şi timpanul ascultătorului se propagă unde de presiune; prin tulnicele de absorbţie a aerului în cilindrii unui Ferrari la fel

Şi acum, înapoi la tulnic. Cât timp a trecut între lovirea bucăţii de cârnat pe muştiuc şi demolarea timpanului nevinovatului turist? Dacă tulnicul avea patru metri şi aerul din el 20 de grade, informaţia despre valul de presiune s-a deplasat cu 1256 de kilometri pe oră, durata de propagare între muştiuc şi timpan fiind de 5,7 miimi de secundă. Şi dacă aerul ar fi fost mai rece? Atunci unda s-ar fi mişcat mai încet. Şi dacă tulnicul ar fi fost umplut cu apă, în loc de aer? Atunci viteza undei ar fi fost de 4 ori mai mare, deci timpul de 4 ori mai mic.

Viteza unei unde, mai precis viteza de propagare a unei creşteri locale de presiune ca urmare a unei creşteri locale a densităţii mediului respectiv, a fost botezată de savanţi „viteza sunetului“.

Asta e într-un fel o definiţie egoistă, pentru că o asemenea propagare nu trebuie să ajungă neapărat la urechile unui om sau ale unui animal, putând să circule pur şi simplu doar prin materialul său mediul respectiv. Dar pe această bază au fost dezvoltate ştiinţe ca acustica sau sonicitatea. Aşa numita viteză a sunetului depinde de elasticitatea şi densitatea mediului de propagare, respectiv de temperatura acestuia, putând fi calculată extrem de exact.

După cum am menţionat, în aer, la 20 de grade, viteza sunetului este de 1256 de kilometri la oră, în timp ce în apă este de 5346 de kilometri la oră. Acum înţelegeţi de ce pietricica aruncată în marea liniştită şi în Dunărea curgătoare, de exemplu cu 10 kilometri la oră, face aproape aceleaşi valuri? Pentru că viteza de propagare a undei de presiune este de aproape 150 de ori mai mare decât viteza apelor Dunării.

Şi iar înapoi la tulnic: ce se întâmplă după ce unda de presiune a lovit timpanul turistului? Timpanul preia, elastic, ceva din energie, iar unda se destinde înapoi, în contracurent, creând în tulnic o depresiune, la fel ca un arc.

Unde de presiune şi depresiune provocate într-un arc de-a lungul unei direcţii

Arcul destins elastic se comprimă apoi din nou şi aşa ajungem la unde care au între ele aceeaşi distanţă, care depinde numai de viteza de propagare, adică de viteza sunetului, şi de lungimea tulnicului. Această periodicitate în timp se poate exprima şi prin valoarea inversată, frecvenţa: nu câte secunde durează de la un vârf la următorul vârf de presiune, ci câte vârfuri avem pe secundă! Cam aceleaşi fenomene au loc în tulnicele, adică în ţevile de aspiraţie a aerului într-un motor de Ferrari, sau în orice alt motor. Doar că în acele ţevi nu se loveşte nicio bucată de cârnat de aerul care stă, ci aerul aspirat cu o viteză de – să zicem – 30 de kilometri la oră, de supapele de admisie, care se închid la un timp dat, formând un perete în faţa curentului de aer. Şi de acolo începe jocul cu arcul – comprimat, apoi destins, dus-întors, în cicluri. Ferească Domnul ca supapele de admisie să fie redeschise tocmai pe o undă de destindere, am strangula motorul! Dar asta nu se întâmplă, pentru că motoriştii sunt demni urmaşi ai lui Stradivarius!

Dar să ne întoarcem iar la tulnicul original, parcă mai era ceva în afară de aer: lemnul! Bucatq de cârnat din esofagul baciului nu a lovit numai aerul din muştiuc, ci şi lemnul muştiucului. A simţit şi lemnul presiunea? Cum să nu, dar prin lemn undq de presiune s-a propagat exact de zece ori mai rapid până la urechea turistului decât prin aerul din tulnic. Ambele unde se comportă ca nişte arcuri, întâi se proptesc pe timpan, dându-i puţină energie elastică, apoi se destind împotriva curentului, şi aşa undele se duc şi vin prin tulnic, cu vitezele respective. Mai rămâne doar să le combinăm. Unda din lemn cu cea din aer, aşa ajungem la armonia instrumentului.

Distribuţia de presiune a aerului pe caroseria unui vehicul provocată de mişcarea acestuia. Presiunile se propagă cu viteza sunetului în mediul înconjurător

Şi dacă nu ne place tulnicul, producem o altă simfonie a undelor cu o tobă. Sau cu o vioară, la care mai intervin şi undele produse în coardă metalică.

O simfonie a undelor produsă de un vehicul?

Vehiculul a ajuns la 100 de kilometri la oră, asfaltul autostrăzii e foarte neted. Scoatem din viteză, oprim pentru scurt timp motorul, oprim muzicq la bord şi lăsam vehiculul să navigheze, prin aerul liniştit, nemişcat, dimprejur. Nemişcat până a venit ciocanul ăsta de douăzeci de tone, care atacă aerul frontal, ca un plug de zăpadă, dar la ce viteză? Şi totuşi, cei 100 de kilometri la oră înseamnă puţin în comparaţie cu cei 1256 de kilometri la ora cu care se propagă în atmosferă, în toate direcţiile, deci şi în direcţia de înaintare a maşinii, undele de presiune generate pe caroserie în stratul de aer înconjurător. Făcând abstracţie de rulatul cauciucurilor pe asfalt, aceste unde sunt percepute clar de urechile noastre. Ca acelea generate de avioane.

Şi acum, hai să dăm drumul şi motorului de automobil! Dar despre asta, în articolul următor.

Unde generate în eşapamentul unui automobil de gaze sau de membrane cu acţionare electromagnetică, transmise prin fluxul de gaze arse şi prin învelişul eşapamentului aerului înconjurător şi propagate mai departe în atmosferă cu viteza sunetului