Почему поют бокалы?

Возьмите два одинаковых бокала. Заполните один из них водой наполовину, а второй оставьте пустым.

Левой рукой прижмите ножку (подставку) пустого бокала к поверхности стола. Затем смочите водой указательный палец правой руки и медленно проведите им по верхнему краю пустого бокала, постепенно увеличивая давление пальца на край.

При достаточном давлении эти круговые движения пальца приведут к возникновению звука. Затем сделайте то же с бокалом, наполовину заполненным водой. Вы услышите, что бокал с водой издаёт более низкий звук.

Чтобы понять, почему поют бокалы, для начала надо понять, что  звук — это колебания воздуха.

Часто воздух колеблется потому, что свои колебания ему передают твердые тела. Например, когда человек говорит, его голос раздается потому, что у него в горле колеблются голосовые связки. При игре на гитаре звук получается от того, что колеблются струны — для этого музыкант дёргает их или ударяет по ним пальцами.

Немного иначе получается звук при игре на скрипке. Когда музыкант ведёт по струне смычком, струна за счёт трения оттягивается на некоторое расстояние. Сила упругости стремится вернуть её обратно; как только эта сила превысит силу трения, струна «срывается» со смычка, совершая колебание, а смычок снова «захватывает» её, и всё повторяется — в итоге струна колеблется, и мы слышим звук.

С поющим бокалом всё устроено почти так же, как со скрипкой: если вести пальцем по краю бокала, мелкие неровности кожи то цепляются за стекло, то срываются, заставляя стекло колебаться. Разница со скрипичной струной в том, что эти колебания — микроскопические, глазом их не увидеть (хотя можно почувствовать пальцем). Впрочем, если в бокал налита вода, то, «играя» на бокале, можно заметить возникающие на поверхности воды волны. Значит, стекло бокала действительно колеблется: колебания бокала передаются воде и становятся видимыми.

Для того, чтобы опыт удался, важно, чтобы стекло и палец не были жирными (ведь тут работает сила трения); палец надо смочить водой для лучшего сцепления (смычок для аналогичной цели натирают канифолью).

Но почему же бокал с водой звучит ниже, чем бокал без воды? Точное объяснение непросто, но примерно это явление можно объяснить так:

Более низкими нам кажутся те звуки, при которых воздух колеблется медленнее.

А теперь давайте представим себе пружинный маятник — пружинку с прикреплённым к ней грузиком.

 Из опыта видно, что пружина с мандарином колеблется гораздо реже, чем без него. Действительно, чем больше груз, тем больше времени требуется пружине, чтобы вернуть его в исходное положение. Примерно то же происходит и с бокалом: заполнив бокал водой, мы увеличиваем массу, которая колеблется, и поэтому частота колебаний уменьшается, как у пружины, когда к ней прикрепили мандарин.