La résonance: Engendrer la résonance

2.1. Engendrer la résonance grâce à une onde sonore.

Déterminer la fréquence du système : le verre.

Dans le cas d’un verre c’est assez simple. Lorsqu’on le cogne ou qu’on passe son doigt sur son contour, le verre émet un son.
Nous avons enregistré le « chant » du verre après l’avoir cogné avec une baguette et nous l’avons analysé grâce au logiciel. Comme nous l’avons vu dans la première partie, un son harmonieux est composé de plusieurs sons « purs » ou plusieurs fréquences. Celle dont la valeur est la plus basse est la fréquence fondamentale. C’est celle que nous avons cherché à déterminer.

fig. 2.1 - Détermination de la fréquence

Engendrer un phénomène de résonance

L’ordinateur tient le rôle du GBF. Grâce à un logiciel spécial on arrive à générer la fréquence désirée et la soumettre au système {verre} par l’intermédiaire du haut-parleur. La fréquence choisie est celle qui correspond au système étudié. Elle est définie préalablement comme nous l’avons expliqué plus haut.

fig. 2.2 – montage expérimental

Le verre doit être positionné le plus près possible du haut-parleur afin qu’il capte un maximum d’énergie. Plus tard, nous emploierons d’autres méthodes.
La paille placée dans le verre permet de mettre en évidence les vibrations du verre.

Conduire le système jusqu’à la rupture

S’il y a résonance, amplifier le signal du GBF. Reproduire les différentes étapes avec deux autres systèmes : {verre+eau} et {verre+farine}.

Résultats

Dans le cas du système {verre vide}La fréquence propre est de 536,3 Hz. Soumis à cette fréquence, le verre émet un son et la paille dans le verre « sautille » : il y a résonance. (fig 2. 3). Soumis à une autre fréquence, rien ne se passe.Dans le cas du système {verre + eau} La fréquence du système est de 499 Hz.

fig. 2.3 – la paille « sautille » dans le verre,
signe qu’il y a résonance

Soumis à cette fréquence, le verre émet un son et l’eau « vibre », en effet des petites vaguelettes apparaissent en partant du bord du verre. Elles cessent dès que la source sonore est arrêtée.
Selon le positionnement du verre, les vaguelettes, au bout d’un petit moment, s’amplifient dans le verre. (fig.2.4)

fig. 2.4 – l’eau dans le verre « bout », signe qu’il y a résonance.
Le tube en arrière plan, est relié au haut-parleur.

Soumis à une autre fréquence, rien ne se passe. Dans le cas du système {verre + farine} La fréquence du système est de 536,3 Hz.
Soumis à cette fréquence le verre émet un son pendant très peu de temps. Soumis à une autre fréquence, rien ne se passe.
Dans aucun des cas ci-dessus nous ne sommes parvenus à casser notre verre. Cependant, nous avons recueilli des vidéos qui le montrent.
Le verre se déforme de manière impressionnante et vole en éclats tout en continuant à se déformer.

Interprétations

Dans chaque cas, il y a phénomène de résonance si le système est soumis à une fréquence bien particulière qui est la sienne. Il s’agit de sa fréquence propre ou fondamentale (l’hypothèse 1 est vérifiée).
Plusieurs manifestations en témoignent : auditive (dans chaque cas) : le verre « chante » et ce, bien après qu’on est supprimé la source sonore (ou source d’énergie) dite le « résonateur » ; visuelle : la paille sautille, voire même, dans le cas du système {verre+eau} : des vaguelettes apparaissent en partant du bord du verre (vaguelettes qui sont plus ou moins importantes selon le positionnement du verre par rapport au haut parleurs).
Cette différence d’intensité de la réponse nous propose l’existence de zones plus sensible que d’autre dans le système.

fig. 2.5 – le verre en train de se briser

Si le système est soumis à une autre fréquence que sa fréquence propre, il n’y pas de réponse. La résonance n’a donc lieu que si un système est excité à sa fréquence propre. Avec le même verre, l’ajout d’eau fait varier la fréquence du système tandis que celle de la farine ne la modifie pas. Cette variation nous propose que le contenu du verre ou une des caractéristiques du système qui serait alors changée (ex : la masse du système, le volume de verre émergé…), agisse sur la fréquence.
Poussée à l’extrême, la résonance engendre la rupture du système considéré ; des vidéos nous en témoignent (fig. 2.5) (l’hypothèse 2 est vérifiée).Notre incapacité à en faire de même témoigne d’un manque de puissance au niveau de la source sonore.

Engendrer la résonance grâce à la voix.

Dans un deuxième temps et pour vérifier si le mythe de la Castafiore s’avère exact nous avons tenté de refaire l’expérience en utilisant, comme source sonore, notre voix.

Résultats

Dans le cas du système {verre vide}A la fréquence exacte du verre, reproduite par la voix après avoir cogné le verre et mémorisé la note, le verre répond.Dans le cas du système {verre+eau}A la fréquence exacte le verre répond. Si l’on place un tube entre notre bouche et le verre de manière à condenser un maximum l’énergie, il apparaît par moments des petites vaguelettes partant du bord du verre.Dans chacun des cas, nous ne sommes pas parvenues à briser le verre, cependant une vidéo, téléchargée sur Internet, nous montre un chanteur qui y parvient : c’est une première.

Interprétations

En se positionnant le plus près du verre et en reproduisant avec la voix la fréquence exacte du système, on peut faire entrer en résonance un verre.
Il est important de se placer le plus près possible de l’objet car notre voix perd rapidement en puissance à mesure qu’elle se propage dans l’air. Le fait que nous ne soyons pas arrivées à casser le verre avec notre voix est dû à un manque de puissance non négligeable.

fig. 2.6 - photo extraite de la vidéo « Breaking Glass

With Human Voice » : Jamie Venderra, premier chanteur

a parvenir à casser un verre avec sa voix.

Il est donc impossible de faire casser un verre avec sa voix à moins d’être capable de délivrer un chant à une fréquence précise et avec une puissance extraordinaire, chose dont une petite minorité de personne est capable.

Conclusion

Bien qu’introuvable dans les albums de Tintin on associe très souvent verre brisé et Castafiore. La légende suggère qu’il est possible de briser à distance un verre de cristal avec sa voix, en émettant une note très aiguë. Nous venons de démontrer qu’il est en effet possible de casser un verre grâce à sa voix mais dans certaines conditions : « la » note n’est pas forcément aiguë, elle est propre à chaque verre et peut être assez grave ; de plus, il faut soumettre cette note ou la fréquence qui y correspond à l’objet avec une très grande puissance ou, en terme plus approprié, avec une très grande amplitude. La chose est donc possible mais très difficile.

fig. 2.7 Bianca Castafiore, héroïne du mythe