Koło Savarta - Savart wheel
Koło Savarta to urządzenie akustyczne nazwane na cześć francuskiego fizyka Félixa Savarta (1791-1841), które zostało pierwotnie wymyślone i opracowane przez angielskiego naukowca Roberta Hooke'a (1635-1703).
Kartka przyłożona do krawędzi wirującego koła zębatego wytworzy ton, którego wysokość zmienia się wraz z prędkością koła. Mechanizm tego rodzaju, wykonany przy użyciu mosiężnych kół, pozwolił Hooke'owi wytworzyć fale dźwiękowe o znanej częstotliwości i zademonstrować Towarzystwu Królewskiemu w 1681 r., w jaki sposób wysokość dźwięku ma się do częstotliwości. Ze względów praktycznych urządzenie Hooke'a zostało wkrótce wyparte przez wynalezienie kamertonu .
Około półtora wieku po pracach Hooke'a mechanizm został ponownie wykorzystany przez Savarta w jego badaniach nad zakresem ludzkiego słuchu. W latach 30. XIX wieku Savart był w stanie skonstruować duże mosiężne koła o drobnych zębach, wytwarzające częstotliwości do 24 kHz, które wydają się być pierwszymi na świecie sztucznymi generatorami ultradźwiękowymi . Pod koniec XIX wieku koła Savarta były również wykorzystywane w fizjologicznych i psychologicznych badaniach percepcji czasu .
W dzisiejszych czasach koła Savart są powszechnie demonstrowane na wykładach z fizyki, czasami napędzane i nabijane wężem powietrznym (zamiast mechanizmu karty).
Opis
| Wideo zewnętrzne | |
|---|---|
 Demonstracja kół Savart o różnej liczbie zębów
|
Podstawowe urządzenie składa się z koła zapadkowego z dużą liczbą równomiernie rozmieszczonych zębów. Gdy koło obraca się powoli, a krawędź karty jest przytrzymywana do zębów, można usłyszeć serię wyraźnych kliknięć. Gdy koło kręci się szybko, wytwarza przeraźliwy dźwięk, natomiast jeśli pozwala się obracać się wolniej, ton stopniowo zmniejsza się. Ponieważ częstotliwość tonu jest wprost proporcjonalna do szybkości, z jaką zęby uderzają w kartę, koło Savart może być skalibrowane, aby zapewnić bezwzględną miarę wysokości tonu. Można również zamocować wiele kół o różnych rozmiarach, z różną liczbą zębów, aby umożliwić wykonanie kilku podziałek (lub cięciw ), podczas gdy oś obraca się ze stałą prędkością.
Koło Hooke'a
Hooke rozpoczął pracę nad swoim kołem w marcu 1676, we współpracy ze słynnym zegarmistrzem Thomasem Tompionem , po rozmowach z teoretykiem muzyki Williamem Holderem . Od dawna interesował się muzycznymi wibracjami , a dziesięć lat wcześniej, w 1666 roku, chwalił się nawet Samuelowi Pepysowi , że potrafi określić tempo bicia skrzydeł muchy na podstawie wydawanego przez nie dźwięku. W lipcu 1681 roku zademonstrował Towarzystwu Królewskiemu swoje nowe urządzenie do wytwarzania wyraźnych dźwięków muzycznych poprzez uderzanie zębami szybko obracających się mosiężnych kół. W ten sposób był w stanie po raz pierwszy wygenerować fale dźwiękowe o znanej częstotliwości i empirycznie zademonstrować związek między ludzkim postrzeganiem wysokości dźwięku a właściwościami fizycznymi częstotliwości fal dźwiękowych. Ponadto, poprzez zamontowanie różnych kół obok siebie na tej samej osi, był w stanie zweryfikować wskaźniki częstotliwości dla przedziałów muzycznych , takich jak doskonałych piątych i czwartych itp
Hooke opublikował swoje odkrycia w 1705 roku. Pomimo zapewnienia obiektywnej miary nachylenia, do codziennego użytku jego koło wkrótce stało się nieistotne dzięki wynalezieniu w 1711 kamertonu .
Wersja Savarta
Urządzenie Hooke'a nie było ponownie używane do celów badawczych przez ponad sto lat. Jego kolejne udokumentowane użycie miało miejsce w 1830 roku, kiedy Savart poinformował o użyciu systemu podobnego do systemu Hooke'a, który opracował podczas badania dolnego zakresu ludzkiego słuchu . Szczególnym wkładem Savarta było przymocowanie do osi koła zębatego obrotomierza w celu ułatwienia kalibracji częstotliwości zębów. Savarta użył koło jako praktyczną alternatywę dla John Robinson „s syreny , który jest również przyjęte w tym czasie przez Charles Cagniard de la Tour przetestować zakres ludzkiego słuchu. Do 1834 Savart konstruował mosiężne koła o szerokości 82 cm, zawierające aż 720 zębów. Te koła, które mogły wytwarzać częstotliwości do 24 kHz , zostały wstępnie zaproponowane jako pierwsze sztuczne generatory ultradźwięków .
Użyj w eksperymentach percepcji czasu
Pod koniec XIX wieku koło Savarta zostało zaadaptowane do wykorzystania w fizjologicznych i psychologicznych badaniach ludzkiej percepcji czasu . W 1873 roku austriacki fizjolog Sigmund Exner doniósł o zdolności słuchowej do rozróżniania kolejnych kliknięć koła (lub alternatywnie gwałtownie trzaskanych iskier elektrycznych) w odstępach czasu tak bliskich jak 2 milisekundy (1/500 s). Zmodyfikowane koło, które wytwarzało różną liczbę kliknięć w różnych odstępach czasu, zostało później użyte przez amerykańskich psychologów G. Stanleya Halla i Josepha Jastrowa , którzy w 1886 r. donieśli o ograniczeniach ludzkiego postrzegania nieciągłości akustycznych.
Aplikacje muzyczne i inne
W 1894 roku francuski inżynier elektryk Gustave Trouvé opatentował elektrycznie (lub mechanicznie) instrument klawiszowy zdolny do grania na serii 88 różnych rozmiarów kół Savart z klawiatury fortepianu, pozwalający na akordy harmoniczne i dynamikę . Ta sama zasada jest stosowana we współczesnych organach elektromechanicznych , takich jak organy Hammonda , które wykorzystują koła tonowe .
Koncepcja została również dostosowana do produkcji eksperymentalnego instrumentu muzycznego stworzonego przez Barta Hopkina . To zastosowanie koła Savarta składa się z serii 30 drewnianych dysków o coraz większych rozmiarach zamontowanych na zmotoryzowanej osi. Zgrzytliwe wibracje są indukowane w plektron, gdy styka się z grzbietami, które wyściełają każdy dysk w regularnych odstępach czasu i są wzmacniane w styropianowym kubku, który działa jak płyta rezonansowa . Twierdzi się, że instrument wydaje „najbardziej natrętny, nieznośny i irytujący dźwięk, jaki kiedykolwiek znano”.
Obecnie koła Savart są powszechnie używane do pokazów podczas wykładów z fizyki. W jednym wariancie koło może być napędzane wężem powietrznym dmuchającym na zęby; w tym przypadku wysokość wytwarzanego dźwięku będzie się zmieniać wraz z siłą prądu powietrza.
Zobacz też
Uwagi i referencje
Uwagi
Bibliografia