למה מתכות מצלצלות כשמכים בהן?

מריה היקרה,

אכן, מסתורין עסיסי ממש מתחת לאף. והדבר הראשון שאת צריכה לזכור – כדי להבין למה מחבת מצלצלת אחרת ממטקה – הוא שכל הדברים שעליהם את נוקשת עשויים מחלקיקים שדוחפים ומושכים אחד את השני. אפילו חפצים שנדמים קשיחים לגמרי, בעצם מתנהגים כמו קפיצים.

כשאת דוחפת מחבת, לדוגמה, נדמה לך שהיא זזה כיחידה אחת. אבל היא לא. ראשון זז רק החלק שבו את נוגעת. המחבת ממש מתעוותת במידה זעירה, מיקרוסקופית, כשהחלק שאת דוחפת נדחס לתוך שאר המחבת. רק אז הוא דוחף את החלקים שצמודים אליו, הם דוחפים את החלקים שצמודים אליהם וכך הלאה. וזה אומר שלדחיפה לוקח קצת זמן להגיע לקצה השני.

כשאת דוחפת מחבת, לדוגמה, נדמה לך שהיא זזה כיחידה אחת. אבל היא לא צילום: עומר מסינגר

המהירות שבה גל הדחיפות מתקדם, דרך אגב, נקראת "מהירות הקול". מהירות הקול בפלדה היא כשלושה ק"מ בשניה (פי עשר מאשר באוויר, שבו החלקיקים מרווחים והקפיץ רפוי), ואם תדחפי מחבת פלדה בגודל שלושה קילומטר תחלוף שנייה בין הדחיפה הראשונית לרגע שבו הקצה המרוחק יתחיל לזוז.

אם במקום לדחוף תקישי על המחבת, המכה הנקודתית תיצור גלים של דחיפות שיתפשטו ברחבי החפץ הננקש ויוחזרו פנימה כשהן יגיעו לדפנותיו. כמו אדוות שמוחזרות מגדת שלולית ויוצרות תבניות מרהיבות. ובמקום סתם לנוע קדימה, המחבת כולה תתחיל לרטוט. במוקדם או במאוחר הרטט ידעך, כי החלקים שדוחפים אחד את השני לא אוהבים שדוחפים אותם וההתנגדות שלהם מחלישה את התנועה, אך מה שנותר ירטיט את האוויר ויגיע לאוזנייך.

אז מה ההבדל בין מטקה למחבת? מתכות הרבה יותר דחוסות וקפיציות מעץ (בשפה מדעית, יש להן מודול אלסטיות גבוה). הן טובות יותר בהעברת דחיפות. ולא כל המתכות שוות. עופרת, לדוגמה, פחות קפיצית מפלדה, אז התנודות בפעמון עופרת ייבלעו במהירות והוא יהדהד פחות מפעמון פלדה. וכיוון שבאופן כללי תנודות מהירות נבלעות יותר מאטיות, הצלצול יישמע עמום וחסר ברק.

וזה לא רק ההרכב האטומי. רוב חפצי המתכת היומיומיים עשויים מקשה אחת שבה התנודות מתפשטות באחידות, אבל עץ מורכב מהמון שכבות לא סדירות, והרבה תנודות "מתבזבזות" בחיכוך ביניהן. חתיכת עץ נוקשה, דחוסה ואחידה יכולה לצלצל לא רע, כפי שיעיד הקסילופון, אבל מרהיטים וכלי מטבח קשה להוציא יותר מקול נקישה.

מלבד טיב החומר, הצליל מושפע גם מצורתו וממדיו של העצם הרוטט. צורת הפעמון, לדוגמה, גורמת לתנודות לפגוש את עצמן בסיבוב ולייצר תבניות סדירות ונעימות לאוזן. לכן לפעמון יש צליל עשיר יותר מלסתם מוט מתכת. אבל אם הפעמון יהיה גדול מדי, רוב התנודות ייבלעו בו לפני שהן יגיעו לצד השני, לא כל שכן לאוזנייך, ותבניות מורכבות לא ייווצרו כלל. וזו הסיבה לכך שפעמוני מתכת בגודל סביר מצלצלים כל כך יפה. עכשיו נותר רק לברר למי.