Cimatica: la bellezza delle onde acustiche

 Le Figure di Chladni

Già agli inizi del XVIII secolo si era riscontrato che ponendo della polvere su delle membrane sottoposte a vibrazione stazionaria  (cioè costante nel tempo), questa si disponeva sulla superficie occupando particolari posizioni e formando così disegni davvero particolari. Infatti la polvere soggetta alle vibrazioni della superficie su cui è disposta tende ad accumularsi nelle parti in cui la vibrazione è nulla. Questo approccio empirico ci permette di visualizzare le linee nodali del moto di vibrazione a cui è sottoposta la membrana, e le figure che si ottengono vengono chiamate Figure di Chladni, in onore del fisico e musicista tedesco che per primo ne studiò le caratteriistiche (Entdeckungen über die Theorie des Klanges 1787).

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Fig.1: Tabella di Ernst Chladni presa da Wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Cimatica#mediaviewer/File:Ernst_Chladni_tab_II.gif)

In questo secolo, lo studio di queste figure è stato ripreso dalla cimatica ( dal greco kymatika (κυματικά) che significa “studio riguardante le onde”) effettuati dal medico svizzero Hans Jenny con cui tenta di dimostrare gli effetti morfogenetici delle onde acustiche. Comunque, indipendentemente dalla validità o meno di queste teorie, il frutto di questi studi ha generato delle strutture complesse di una bellezza spettacolare.

Alcuni esempi

Utilizzando superfici di varie forme, diversi tipi di sostanze (generalmente sabbia colorata ma anche liquidi ferromagnetici) e sottoponendole a diverse frequenze (generalmente suoni stazionari ma anche melodie o suoni generici) si osservano, di volta in volta, i reticoli nodali che assumono solo una delle infinite possibilità creando figure uniche e a volte davvero spettacolari.

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Fig.2: tratto da https://cahiersduillusion.wordpress.com/2011/06/19/cymatics-and-the-galactic-opinion/#more-377
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Fig.3: https://cahiersduillusion.wordpress.com/2011/06/19/cymatics-and-the-galactic-opinion/#more-377

Anche su YouTube sono presenti molti video interessanti. Il più comune è la piastra metallica come superficie sottoposta a vibrazione ricoperta di granelli di sabbia. Ho scelto questo filmato (di brusspup che inoltre presenta molti altri filmati interessanti) poichè non fa sentire le onde sonore (che possono essere fastidiose….)

Sempre di brussup è questo video che illustra come i pattern di Chladni possono agire anche tridimensionalmente. Come mezzo viene usata l’acqua corrente.

per esempio quello di John Telfer che illustra le possibili relazioni tra le figure di Chladni e la musica.:

Infine vi propongo questo video che mischia musica e cimatica, praticamente un videoclip, di Nigel Stanford, davvero accattivante….

Il CymaScope

Sul mercato esistono anche vari strumenti che sono stati realizzati per visualizzare e misurare le figure di Chladni su videocamera o su PC. Uno in particolare è il CymaScope che utilizza l’acqua come mezzo per realizzare le figure. Si sottopone così la superficie dell’acqua a vibrazioni soniche che, grazie proprio alla sua particolare tensione superficiale, risponde in modo rapido a tali sollecitazioni, creando le figure di Chlandi. Inoltre le caratteristiche dell’acqua sono tali da poter variare le figure di Chlandi in modo molto reattivo al variare delle sollecitazioni, anche con transienti di pochi millisecondi. Questo la rende attualmente il mezzo più adatto e a minor prezzo per questo genere di studi.

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Ecco alcune immagini ottenute attraverso il cymascope.

Per esempio ecco le figure di Chladni corrispondenti alle vocali umane.

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e queste invece sono la rappresentazione delle note della scala musicale emesse da un pianoforte.

Conclusioni

Dalla natura abbiamo moltissimo da imparare, anche dal punto di vista artistico. Per esempio potremmo sfruttare queste figure per realizzare nuovi disegni e forme. E se portassimo tutto a 3D? e invece di una membrana utilizzassimo un volume? Volontari? Idee? 🙂

4 commenti:

  1. Ottimo articolo come sempre, letto con grandissimo interesse.

  2. Do you know some code/software to simulate these patterns on PC? It could be very nice to reproduce them with different color combinations. 

    • There is actually code everywhere to do this. You want to solve Laplace’s equation in (essentially) cylindrical coordinates. The normal modes of vibration are called bessel functions. You can determine a solution to Bessel’s equation of the form F(r,t) = R(r)*T(t), and then solve for dF/dt = 0 to find the stationary points where the sand aggregates. Try this for a primer:
      www-thphys.physics.ox.ac.uk/people/JohnMagorrian/mm/mm5-pdes.pdf

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