🔊 Figure di Chladni

Sabbia su una piastra che vibra: la figura segue la frequenza

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Descrizione

Nel 1787 Ernst Chladni sparse della sabbia su una lastra metallica e la fece vibrare con un archetto: la sabbia fuggì dalle zone che si muovono di più e si raccolse lungo le linee nodali, quelle che restano ferme. Questa mini app riproduce l’esperimento su una piastra quadrata di 24 cm con i bordi liberi.

Cosa puoi fare

La fisica

Per una piastra sottile quadrata con i bordi liberi, le forme modali sono approssimate da

w(x, y) = cos(mπx)·cos(nπy) ± cos(nπx)·cos(mπy)

e le frequenze crescono come m² + n², tarate in modo che il primo modo, (1,1), cada a 167 Hz. I modi (m,n) e (n,m) hanno la stessa frequenza: la piastra vibra in una loro combinazione, simmetrica o antisimmetrica.

Fuori risonanza la risposta è una sovrapposizione dei modi vicini, pesati da una curva di risonanza lorentziana: a metà strada tra due risonanze la figura è un miscuglio e la sabbia si muove poco, come su una piastra vera.

I granelli

Ogni granello scende lungo il gradiente di w², cioè verso i minimi di |w|, fa un saltello proporzionale all’ampiezza locale e riceve un po’ di rumore. Una repulsione a campo medio, calcolata sulla densità, impedisce che migliaia di granelli si ammucchino nello stesso punto.

Semplificazioni dichiarate


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