Dr Rożek w odpowiedzi winą za ośmieszanie mówiącego obarczył gęstość gazu, w którym rozchodzi się dźwięk. W dużym uproszczeniu tak jest ale temat jest zbyt ciekawy, żeby na tym skończyć.
Przede wszystkim nie decyduje gęstość jako taka. Istotna jest prędkość dźwięku w gazie, który wypełnia komorę rezonansową, w której powstaje dźwięk.
Jeśli ciśnienie atmosferyczne jest niższe lub wyższe to gęstość powietrza jest również proporcjonalnie mniejsza lub większa, a jednak prędkość dźwięku pozostaje taka sama i tony dźwięków wydawane przez nas również. Można się o tym przekonać choćby w górach. Na szczycie Rysów ciśnienie powietrza jest o około 1/3 mniejsze niż na poziomie morza, a jednak, kiedy już przestaniemy sapać po wejściu, mówimy tam tak samo jak na dole. Wynika to z tego, że zasadniczy wpływ na prędkość dźwięku ma masa molowa gazu (to ona wraz z ciśnieniem i temperaturą wpływa na gęstość gazu).
Ciśnienie, jak już wykazała konferencja na szczycie, nie ma wpływu na prędkość dźwięku, za to temperatura – owszem. Dlaczego zatem nie śpiewamy cienko przy wysokich temperaturach?
Po pierwsze dlatego, że w tej części świata wydajemy dźwięki głównie przy wydechu (w odróżnieniu od m.in. mieszkańców dalekiego wschodu, którzy używają głosek „wdechowych”) i powietrze, którym dźwięczymy ma temperaturę bliską naszemu ciału.
Po drugie dlatego, że temperatury powietrza zmieniają się bardzo… nieznacznie. Tak, to brzmi niedorzecznie ale tu muszę znów zaznaczę wyższość jednostek SI i skali Kelvina. Na przykład różnica między 20°C, a 55°C to różnica między 293K, a 328K czyli ok 12%, a prędkość dźwięku jest proporcjonalna do pierwiastka temperatury, więc różnica tych 35°C spowoduje zmianę wysokości dźwięku zaledwie o pół tonu.
Ale dlaczego w ogóle ta prędkość dźwięku ma znaczenie (nawet gdy mówimy powoli) i dlaczego po wdychaniu helu nie mówimy po prostu wyżej lecz „śmiesznie”?
Ten nasz aparat dźwiękowy jest trochę skomplikowany, dlatego zastępczo zmontujmy sobie małą orkiestrę i spróbujmy ją zestroić:
Nie jest to może orkiestra wielka ale za to reprezentatywna. Podgrzejmy zatem atmosferę i grajmy szybko zanim się struny zagrzeją (przy czym w tym przypadku w instrumenty dęte będziemy dąć miechami, żeby nie zmienić po raz kolejny temperatury gazu.)
Częstotliwość drgań dzwonka zależy od jego konstrukcji, podobnie jest ze stroikami w harmonijce oraz strunami. Odstroił się jedynie flet ponieważ w nim o częstotliwości dźwięku decyduje to jaka długa fala dźwiękowa się w nim zmieści. W ogrzanym, więc rozrzedzonym, więc „szybszym” powietrzu fale dźwiękowe są dłuższe, więc we flecie powstała fala „szybsza”, o wyższej częstotliwości.
Żeby przestroić flet o oktawę musielibyśmy podgrzać powietrze do ponad 900°C…
Może spróbujmy czegoś innego, wypełnijmy salę helem i zagrajmy.
W helu prędkość dźwięku jest około 3 razy większa niż w powietrzu. Flet uciekł bardzo wysoko ale skrzypce i gitara też zmieniły głos. Co prawda ich struny drgają z taką częstotliwością jak dawniej, jednak pudła rezonansowe, które mają na celu wzmacnianie dźwięku okazały się za małe. W atmosferze helowej skrzypce, aby grać tak gromko jak dawniej, trzeba by zastąpić przestrojoną wiolonczelą lub zastosować skonstruowany swego czasu przez Marka Motasa w radiowym „Małym warsztaciku dla mężczyzny” dmuchany gumowy instrument smyczkowy o zmiennych gabarytach.
Ludzki „aparat dźwiękowy” w pryncypiach spośród instrumentów naszej orkiestry najbardziej przypomina gitarę (choć struny jednego i drugiego ni w ząb nie są podobne). Również wydajemy naraz wiele dźwięków, a te są wzmacniane w komorze rezonansowej. Kiedy prędkość dźwięku się zwiększa, komora traci skuteczność, szczególnie przy dźwiękach niższych.
Czy możemy mówić jeszcze śmieszniej?
Jest jeszcze jeden gaz, w którym dźwięk rozchodzi się szybciej, wodór. Jest on dwa razy lżejszy, więc oczekiwalibyśmy, że dźwięk będzie w nim o ok 40% szybszy, jednak wpływ na prędkość ma jeszcze jeden czynnik, uwaga… to w ilu kierunkach mogą się kręcić jego cząsteczki!
I z tego powodu uzyskujemy już tylko o ok 30% szybszy dźwięk i flet grający jeszcze 4 półtony wyżej.
Wodór ma w porównaniu z helem wiele zalet – jest pospolity, tańszy, łatwiejszy do uzyskania (choćby z popularnej na Ziemi wody). Ma też jedną wadę – jest łatwopalny, pomieszany z powietrzem wybuchowy. Dlatego „gadanie wodorem”, szczególnie przy ognisku zwiastuje niepowtarzalny pokaz „światło i dźwięk”.
A w jaki sposób zagrać niżej?
Trzeba znaleźć gaz, który w tych samych warunkach będzie miał większą gęstość.
Fluor jest bardzo nieznacznie gęstszy, za to reaguje z większością substancji tak gwałtownie, że ewentualnych dźwięków nie miałby nawet kto usłyszeć. Z chlorem sprawy się mają nieco lepiej – w tym przypadku zwłoki wdychającego mogłoby się udać zidentyfikować.
Ale idźmy tropem helu. Gazy szlachetne powinny nam zapewnić bezpieczeństwo.
Neon jest o 5 półtonów „szybszy” od powietrza, niestety nawet jeśli gitarę zamienimy na elektryczną, nie uzyskamy efektów świetlnych. Do tego potrzebne jest dużo niższe ciśnienie.
Argon (składnik powietrza w sile ok 1%) to dalej nie to – flet zagra pół tonu wyżej.
Krypton – nareszcie coś – 9 półtonów niżej niż w powietrzu.
To flet, tymczasem gitara, a szczególnie skrzypce jakby nabrały śmiałości. W tej atmosferze skrzypce po przestrojeniu mogą zastąpić altówkę.
Ksenon – prawie oktawę niżej. Jeszcze krok, a moglibyśmy zminiaturyzować orkiestrę. Ileż problemów w transporcie sprawiają wiolonczela czy kontrabas, zastąpienie ich skrzypcami pozwoliłoby na ogromne oszczędności. Co mamy dalej?
Radon. Niby szlachetny, chemicznie nie grozi nam ani instrumentom.
Teoretycznie flet zagra oktawę i 4 półtony niżej niż w powietrzu.
Teoretycznie, ponieważ radon nie ma trwałych izotopów. Rozpada się dosyć szybko wydzielając sporo ciepła.
Nikomu nie udało się dotąd zgromadzić 5dm3 (pojemność płuc) radonu jednocześnie ale jeśli by się to było możliwe, to taka ilość wydzielałaby ok 250kW ciepła. To wystarczy, żeby ogrzewać ludzkie ciało w tempie około 1°C na sekundę i dostarczać do płuc polonu, który rozpada się jeszcze szybciej. Co gorsza ogrzewający się błyskawicznie gaz będzie coraz „szybszy” dla dźwięku i cała inwestycja spali na panewce.
Ale są jeszcze w końcu związki chemiczne. Zajrzyjmy do kolejnych butli:
Butan. Cięższy składnik popularnego paliwa propan-butan. Wbrew obiegowym opiniom nie jest tak trujący jak na przykład tlenek węgla. Ma właściwości narkotyzujące i halucynogenne, do tego, podobnie jak wodór jest łatwopalny. Nasz niestrudzony flet zagrałby 9 półtonów niżej.
Ale jest jeszcze co najmniej jeden ciekawy gaz, o którym swoją drogą wspominał dr Rożek.
Heksafluorek siarki. To brzmi groźnie (bo nisko, podobnie jak w teoretycznym radonie) ale nie ma się czego bać.
Nareszcie możemy pozmniejszać te ogromne instrumenty, a przy ich akompaniamencie zaśpiewać „Uszy” w tonacji Macieja Zembatego.
Odpowiedzi z Ziemi 