Quando la musica va a fuoco

Le fiamme sono sensibili alla musica? Sì avete capito bene! Questo fenomeno venne scoperto dal fisico tedesco Heinrich Rubens che nel 1905 costruì questo tubo. Egli è noto anche per avere lavorato all’università di Berlino con Max Planck che grazie ai risultati sperimentali di Rubens formulò le primi basi della meccanica quantistica, dando l’avvio a una vera e propria rivoluzione nel campo della fisica che ha permesso l’invenzione del transistor e quindi del CD player, del computer, del cellulare e di qualsiasi altro aggeggio tecnologico di cui oggi non potremmo fare a meno.

Ma ritorniamo al tubo, cercando di capire come funziona questo fenomeno nel dettaglio.
Il suono è un’onda che si propaga come una perturbazione nell’aria provocando zone di alta pressione e zone di bassa pressione. Provate a pensare a un diapason: quando viene percosso le sue vibrazioni si trasmettono nell’aria creando zone compresse e zone rarefatta.

Quando l’onda sonora entra nel tubo può crearsi un’onda stazionaria, ovvero l’onda, giunta all’estremità del tubo, viene riflessa e torna indietro simmetricamente rispetto all’asse orizzontale (vedi figura).

In tal modo si possono distinguere zone di pressione massima (le creste) e zone di pressione minima ( i nodi). Affinchè si crei un’onda stazionaria è necessario però che la lunghezza d’onda del suono (che determina la frequenza) sia proporzionale alla lunghezza del tubo. O meglio che la lunghezza del tubo sia un multiplo di quella dell’onda.

Poiché la pressione di un gas è direttamente proporzionale alla sua densità, nei punti di massima pressione ci sarà un flusso di gas maggiore che determinerà una fiamma più alta; al contrario nelle zone di bassa pressione il flusso di gas è minore e quindi la fiamma risulta più corta.

Con questo esperimento si riesce ad avere un’ incredibile visualizzazione dell’onda sonora e ad osservare come all’aumentare della frequenza del suono emesso compaiono più creste, e quindi la lunghezza d’onda diminuisce.

Se siete curiosi di sapere come le fiamme reagiscono a intere melodie su You Tube trovate le rappresentazioni “pirotecniche” di diverse canzoni.

Vi segnalo infine un esperimento simile dove viene utilizzato un tubo trasparente (tubo di Kundt) senza buchi nè gas nè fuoco ma con della polvere leggera che in seguito alle vibrazioni sonore si dispone in modo tale da rappresentare l’andamento sinusoidale dell’onda.