Was sind die Regeln, um ein Glas mit deiner Stimme zu zerbrechen?

Erstens: Welche Frequenz sollten Sie treffen? Es gibt viele, viele verschiedene Faktoren, die bei der Bestimmung der Eigenfrequenz eines Objekts eine Rolle spielen, die ich aus Erfahrung kenne. Diese sind (nicht beschränkt auf): Dicke, Dichte, Elastizitätsmodul (Sie benötigen zwei davon, z. B. Young's Modulus und Poisson Ratio) und natürlich die Form. Mir sind keine Artikel bekannt, die eine Beziehung zwischen diesen Variablen und der Häufigkeit veröffentlichen.

Dann müssen Sie die Dämpfung berücksichtigen; Dies kann wiederum durch viele Dinge beeinflusst werden. Beispielsweise ist die Rundheit des Glases wichtig (selbst eine leicht elliptische Form erzeugt einen „schlagenden“ Klang wie Röhrenglocken/Glockenspiel). Vergleichen Sie mit dem Versuch, mit einer Sodaflasche zu „pfeifen“; Sobald Sie es auch nur ein wenig eindrücken, verschwindet der Ton sofort. Dann gibt es die Form, bei der im Allgemeinen runder für weniger Dämpfung und auch für ein stärkeres Glas sorgt.

Nun, um ein Glas zu zerbrechen, müssen Sie so viel Energie wie möglich hinzufügen, mit so wenig wie möglich Verlust durch Dämpfung, so dass die interne „Vibrationsenergie“ größer wird als die Bindungsenergie des schwächsten Glasstücks. Hier stoßen wir auf ein bisschen Ärger; Abgesehen von der Dicke kann man allgemein sagen, dass Eigenschaften, die eine größere Resonanz ermöglichen, das Glas auch stärker machen. Beispielsweise zerbricht ein Glas an Unterbrechungen im Glas, aber diese Unterbrechungen verbrauchen auch kontinuierlich Energie, lange bevor das Glas zerbricht; Energiekonzentrationen werden sich auf „ausgefallenen“ Formen in Ihrem Glas bilden, aber diese werden wiederum weniger Resonanz ermöglichen.

Also wirklich, das einzige, was wir mit Sicherheit sagen können und was ein 5-Jähriger auch beantworten würde, ist, dass dünner besser ist. Für alle anderen Variablen müssen Sie eine Annäherung finden. Sie könnten eine FEM-Analyse durchführen, aber ich würde lieber nur experimentieren . Dies bedeutet, dass Sie viele Gläser zerbrechen und einen Hersteller um Glasmuster bitten, um alle anderen Eigenschaften Ihres Glases zu testen. Es gibt wahrscheinlich Papiere, die diese Informationen basierend auf der chemischen Zusammensetzung und dem Herstellungsprozess enthalten. Dann, denke ich, könnten Sie sich einen Faktor einfallen lassen, der die Form des Glases in Ihren empirischen Beziehungen erfasst (ein bisschen wie der Luftwiderstandsbeiwert$c_d$in$\frac{1}{2}c_d\rho v^2$). Und dann, wenn Sie VIEL zu viel Zeit zur Verfügung haben, könnten Sie versuchen, diesen Faktor für andere Formen vorherzusagen. Wenn Sie dies tun, veröffentlichen Sie bitte Ihre Ergebnisse, damit die Welt sie genießen kann :)

Es gibt nur zwei Anforderungen, 1) korrekte Frequenz und 2) ausreichende Amplitude . Die richtige Frequenz ist die Resonanzfrequenz des Glasbechers (Scheibe, Würfel etc.). Sie wissen, dass Sie genügend Amplitude haben, wenn das Glas zerbricht! Beide Anforderungen variieren je nach Material, Form, Abmessungen des Objekts und anderen Variablen.

Wenn Sie Experimente durchführen, halten Sie so viele Variablen wie möglich konstant, indem Sie denselben Hersteller, dasselbe Glasmaterial, dieselbe Form usw. verwenden. Nehmen Sie ein Objekt, bestimmen Sie seine Resonanzfrequenz und die Amplitude, die erforderlich ist, um es zu brechen. Holen Sie sich einen anderen Artikel und wiederholen Sie den Vorgang. Ändern Sie eine Variable und wiederholen Sie. Hoffentlich können Sie einige empirische Konstanten finden, die dann verwendet werden, um die Frequenz und Amplitude vorherzusagen, bei der ein bestimmtes Objekt bricht.

Jede Struktur, die zu einem System mit hohem Q führt (das Glas), funktioniert und der Trick besteht darin, die Resonanz (Eigenfrequenz) genau anzupassen. Durch die Befestigung des Glases in einer Klemme, die Energie mit einer geringeren Rate abführt als die Schallenergie, die es speist, ist das Glas unabhängig von der Dicke oder dem Fehlen von Unvollkommenheiten dem Untergang geweiht. Wenn die Rate des Energieeintrags die Dissipationsrate übersteigt, wird sich die Resonanz davon ernähren und ... eine Katastrophe.

Eine kostengünstige Methode, um festzustellen, wann die Eigenfrequenz übereinstimmt, besteht darin, einen Tischtennisball in das Glas zu legen.