🔬 Vì sao cát có thể sắp xếp thành những đồ án đẹp đẽ?

Nhà khoa học Kran, người Đức, được tôn vinh là người cha của âm học cổ điển, có một thời rất say mê nghiên cứu nguyên lí phát âm của nhạc cụ dây. Để khám phá quy luật rung động của ván đàn viôlông, ông đã làm một loạt các thí nghiệm lí thú, từ tấm phẳng hình vuông đơn giản nhất trở đi. Lấy một tấm kim loại phẳng hình vuông, chốt chặt ở giữa lại và rắc đều một lớp cát mịn lên trên đó. Ông dùng ngón tay tì vào một điểm hoặc hai điểm ở một cạnh của tấm kim loại, còn tay kia dùng cái vĩ đã được thoa nhựa colophan cọ xát mạnh từ trên xuống dưới vào cạnh gần kề, làm cho tấm kim loại rung động. Mỗi lần cọ xát xong thì rời cái vĩ ra khỏi tấm kim loại ngay, rồi lại tiếp tục cọ xát cùng một phần của tấm ấy, cho đến khi nó phát ra tiếng kêu. Sau đó giảm nhẹ sự cọ xát để duy trì tiếng kêu của tấm kim loại. Khi ấy có thể quan sát thấy các hạt cát trên tấm kim loại phẳng nhảy nhót nhào lộn, dần dần nhóm lại, hình thành nên hoa văn đẹp đẽ, gọi là đồ án Kran. Phần và số điểm của ngón tay tì vào tấm kim loại phẳng khác nhau, đồ án mà cát hình thành nên cũng khác nhau. Vả lại mỗi loại đồ án đều có mối liên hệ với một loại âm điệu riêng. Dùng tấm kim loại hình tròn, hình tam giác, hình năm cạnh làm thực nghiệm cũng có thể thu được các kết quả tương tự. Trên thực tế, đồ án Kran là bản vẽ hình tượng của sóng dừng. Những hạt cát trên tấm kim loại phẳng bao giờ cũng tụ tập tại mắt (nút) sóng không rung động. Những mắt sóng này do nhiều điểm nối thành đường sóng, cũng tức là đường gợn sóng trong đồ án. Đối với tấm kim loại hình vuông hoặc hình tròn, hình dạng và vị trí của những đường gợn sóng này có thể dùng phương pháp toán học để tính một cách chính xác. Nhưng với các nhạc cụ như ván đàn viôlông, chiêng, chũm choẹ, chuông v.v. không còn là tấm kim loại phẳng hai chiều đơn giản nữa. Đặc tính âm nhạc của chúng chẳng những được quyết định bởi kích thước, hình dạng, mà còn liên quan tới nhiều yếu tố khác như: nguyên liệu, công nghệ gia công v.v., chỉ có thể xác định được qua thực nghiệm. Rõ ràng việc làm ra một chiếc viôlông chất lượng cao đòi hỏi phải có kĩ xảo cao siêu. Từ xưa tới nay, người ta dùng tai để nghe âm thanh. Còn bây giờ âm thanh lại có thể biểu hiện rõ nhờ những hạt cát. Thật là kì diệu hết sức. Chả trách khi phơi bày đồ án phong phú nhiều vẻ trên tấm kim loại phẳng, Napoleon cao hứng phát biểu: "Tôi đã "trông thấy" âm thanh của nó rồi".