Întrebările pe care le pun copiii despre știință nu sunt întotdeauna ușor de răspuns. Uneori, creierul lor mic poate duce la locuri mari pe care adulții uită să le exploreze. Având în vedere acest lucru, am început o serie numită Știința întrebării de la un copil mic, care va folosi curiozitatea copiilor ca punct de plecare pentru a investiga minunile științifice despre care adulții nici nu se gândesc să se întrebe. Răspunsurile sunt pentru adulți, dar nu ar fi posibile fără mirarea pe care doar un copil o poate aduce. Vreau ca copiii mici din viața ta să facă parte din ea! Trimite-mi întrebările lor științifice și pot servi drept inspirație pentru o rubrică. Și acum, copilul nostru mic …

Î: Vreau să aud care este cel mai tare lucru din lume! – Kara Jo, 5 ani

Nu. Nu, chiar nu. Vezi, există un lucru despre sunet pe care chiar și noi, adulții, tindem să-l uităm – nu este un curcubeu strălucitor care plutește fără nicio legătură cu lumea fizică. Sunetul este mecanic. Un sunet este o împingere – doar un mic, o apăsare pe membrana strâns întinsă a timpanului. Cu cât sunetul este mai puternic, cu atât sunetul este mai greu. Dacă un sunet este suficient de puternic, vă poate rupe o gaură în tambur. Dacă un sunet este suficient de puternic, acesta poate arunca în tine ca un backbacker și te poate lovi pe fund. Când unda de șoc dintr-o bombă nivelează o casă, sunetul acesta rupe cărămizile și sfărâmă sticla. Sunetul te poate ucide.

Luați în considerare această bucată de istorie: în dimineața zilei de 27 august 1883, fermierii dintr-o tabără de oi în afara Alice Springs, Australia, au auzit un sunet ca două focuri de puşcă. În acel moment, insula vulcanică indoneziană Krakatoa se suflă la biți la 2.233 de mile depărtare. Oamenii de știință cred că acesta este probabil cel mai puternic sunet pe care l-au măsurat vreodată oamenii cu exactitate. Nu numai că există înregistrări despre oameni care aud sunetul Krakatoa la mii de kilometri distanță, există și dovezi fizice că sunetul exploziei vulcanului a călătorit de-a lungul globului de mai multe ori.

Acum, nimeni nu a auzit Krakatoa în Anglia sau Toronto. Nu a existat un „boom” audibil la Sankt-Petersburg. În schimb, ceea ce au înregistrat acele locuri au fost vârfuri de presiune atmosferică – chiar aerul se încordează și apoi se degajă cu un oftat, pe măsură ce valurile de sunet din Krakatoa treceau. două lecții importante despre sunet acolo: una, nu trebuie să poți vedea cel mai tare lucru din lume pentru a-l auzi. În al doilea rând, doar pentru că nu poți auzi un sunet nu înseamnă că nu este Sunetul este puternic și omniprezent și ne înconjoară tot timpul, indiferent dacă suntem conștienți sau nu.

În general, lumea noastră este mult mai aglomerată decât credem că este. Cu toții trăim viața ca și cum am fi Maria von Trapp, legănându-ne cu brațele într-un câmp gol. În realitate, suntem mai degrabă ca navetiștii la metrou la ora 17:00 – învârtiți în fiecare direcție de molecule care alcătuiesc aerul din jurul nostru. Puneți-vă degetele și împingeți particulele chiar lângă dvs. Pe măsură ce se mișcă, se lovesc de particulele de lângă ele, care, în tur n, împingeți particulele de lângă ele.

Aceste mișcări sunt ceea ce măsurau barometrele lumii în urma erupției Krakatoa. Din nou, gândiți-vă că vă aflați într-un vagon aglomerat. Dacă ar fi să verifici șold persoana care stă lângă tine – ceea ce nu recomand – s-ar încorda și ar trece departe de tine. În acest proces, probabil s-ar fi lovit de persoana următoare, care se va încorda și se va îndepărta de ei. (Ar mai exista și schimburi de cuvinte, dar acest lucru nu este nici o problemă pentru experimentul nostru de gândire, nici prietenos pentru copii.) Între timp, însă, acea persoană originală în care te-ai lovit s-a relaxat acum. Modelul călătorește prin mulțime – bump-tense-wiggle-suspin, bump-tense-wiggle-suspin.

Așa arată o undă sonoră. De asemenea, nu puteți auzi sunete în spațiu. A fi în vid este ca și cum ai fi într-o vagon de metrou gol – nu există un mediu molecular care să permită deplasarea tiparului de mișcare, tensiune și eliberare. La fel, sunetul se deplasează puțin diferit în apă decât în aer, deoarece moleculele din apă sunt mai strânse – o mașină de metrou din Tokyo în comparație cu una din New York.

De exemplu, cel mai tare animal de pe Pământ ar putea, de fapt, să trăiască în ocean. Cașalotii folosesc ecolocația pentru a naviga, asemănător cu ceea ce folosesc liliecii – fac un clic și pot da seama ce se întâmplă prin modul în care unda sonoră ricoșează de pe obiecte și se întoarce la ele. Un clic de cașalot este de 200 de decibeli, unitatea utilizată pentru a măsura intensitatea unui sunet, a declarat Jennifer Miksis-Olds, profesor asociat de acustică la Penn State. Pentru a vă da o notă a scării, cel mai puternic sunet pe care NASA l-a înregistrat vreodată a fost prima etapă a rachetei Saturn V, care a înregistrat la 204 decibeli.

Dar balena nu este la fel de tare ca rachetă, mi-a spus ea. Deoarece apa este mai densă decât aerul, sunetul din apă este măsurat pe o scară diferită de decibeli.În aer, cașalotul ar fi totuși extrem de tare, dar semnificativ mai puțin – 174 decibeli. Acest lucru este aproximativ echivalent cu nivelurile de decibeli măsurați la cel mai apropiat barometru, la 100 de mile distanță de erupția Krakatoa și este suficient de puternic pentru a rupe tobele oamenilor. Este suficient să spunem că probabil nu doriți să petreceți mult timp înotând cu cacalotii.

Deoarece sunetul este legat de mișcarea obiectelor invizibile, este, de asemenea, posibil ca acea mișcare să se întâmple și să nu o auziți. Acest lucru se datorează faptului că moleculele trebuie să se miște exact atunci când ne lovesc timpanul. Dacă mișcarea trece prin mulțimea de molecule prea încet sau prea repede, corpul nostru nu poate transfera acea mișcare în semnale pe care creierul nostru le înțelege. Aceasta se numește frecvență și este măsurată în hertz. Oamenii pot auzi o gamă destul de largă – 64 hertz până la 23.000 hertz.1

Dar hertz și decibeli sunt independenți unul de altul. Un sunet poate fi extrem de puternic și poate fi totuși la o frecvență pe care nu o putem auzi. Asta a călătorit până în Anglia și nu numai după ce Krakatoa a erupt: unde sonore care erau inaudibile pentru oameni. Deoarece undele sonore de frecvență extrem de joasă pot călători mult, mult mai departe decât frecvențele mai ridicate, sunetele cu frecvență joasă pot face acest tip de călătorii epice. Oamenii de știință numesc acest lucru infrasunet și îl ascultă din multe motive. Organizația Tratatului de interzicere a testelor nucleare cuprinde 60 de stații de monitorizare în 35 de țări și folosește infrasunetele pentru a detecta detonațiile nucleare ilegale. USArray, care este administrat de un consorțiu de universități și agenții guvernamentale, măsoară infrasunetele de pe continentul nord-american ca o modalitate de a învăța despre seismologie. Ambele rețele folosesc microbarometre și microfoane cu frecvență joasă, urmărind infrasunetele moderne similar modului în care oamenii de știință au urmărit odată infrasunetele din Krakatoa.

Și există multe, multe sunete de urmărit, a spus Michael Hedlin. El și soția sa, Catherine de Groot-Hedlin, conduc Laboratorul pentru acustică atmosferică al Institutului de Oceanografie Scripps și studiază datele infrasunetice. Hedlin poate prelucra acele date – în esență doar accelerându-le – astfel încât să devină audibile pentru urechile umane. Sunetele fantomelor s-au transformat în carne.

Senzorii lui Hedlin aud furtuni trecând prin sute de kilometri distanță. Ei aud sunetele exploatării cărbunelui așa cum se întâmplă în statul următor. Și apoi sunt sunetele mai constante. Sufla vantul. Valurile de pe ocean se plesnesc reciproc. Semnalele inaudibile parcurg sute de mile, uneori mii. Când l-am sunat din Minneapolis fără ieșire la mare, Hedlin mi-a spus: „Probabil că ești scufundat în sunete din ocean pe care nu le poți auzi”.

Milton Garces, directorul Laboratorul de infrasunete de la Institutul de Geofizică și Planetologie din Hawaii, a fost de acord. În special, mi-a spus că două sunete interferează cu rețeaua Tratatului de interzicere a testelor nucleare, deoarece sunt atât de constante, atât de omniprezente și atât de puternice. În primul rând sunt microbaromele , care se întâmplă pe marginea furtunilor de pe mare, când două valuri oceanice care călătoresc în direcții opuse se întâlnesc, amplificându-se reciproc într-o undă mai mare decât oricare era singură. echivalent cu cele ale unei motociclete. „Ne-am dezvoltat pragul auditiv pentru a nu ne înnebuni”, mi-a spus Garces. „Dacă am avea percepție auditivă în acea bandă, ar fi dificil să comunicăm. Este întotdeauna acolo.”

Chiar și cu această protecție, infrasunetele extrem de puternice pot avea în continuare un impact asupra corpului nostru. Oamenii expuși infrasunetelor de mai sus 110 decibeli experimentează modificări ale tensiunii arteriale și ale ritmului respirator. Amețesc și au probleme cu menținerea echilibrului. În 1965, un experiment al Forței Aeriene a constatat că oamenii expuși la infrasunete în intervalul de 151-153 decibeli timp de 90 de secunde au început să simtă cufărul se mișcă fără controlul lor. La un decibel suficient de mare, schimbările de presiune atmosferică ale infrasunetelor pot umfla și dezumfla plămânii, servind efectiv ca mijloc de respirație artificială.

Și, Kara Jo, de aceea nu Nu vreau să vă răspund la întrebare fără să vă spun și despre cel mai puternic sunet pe care nu îl puteți auzi. Acesta ar fi meteoritul Chelyabinsk, care a explodat pe cerul din sudul Rusiei, lângă granița dintre Europa și Asia, pe 15 februarie 2013. Tes Senzorii Tratatului t-Ban au preluat infrasunetele la mai mult de 9.000 de mile de sursă, iar undele sonore au încercuit globul. Cel mai apropiat senzor se afla la 435 de mile distanță, mi-a spus Garces, și chiar și la această distanță, nivelul de decibeli infrasunți a ajuns la 90. Se pare că lucrurile nu trebuie să spună „boom” pentru a merge boom.