كيف كان صوت جرس الحرية؟ العلم يكشف الإجابة

يبحث العلماء عن أدلة في تحليل الأنماط الاهتزازية لنموذج مصغّر لجرس من القرن العشرين في ولاية بنسلفانيا.

بحث الباحثون عن أدلة في تحليل نموذجي لنسخة طبق الأصل من الجرس من القرن العشرين في ولاية بنسلفانيا.

جرس الحرية خارج قاعة الاستقلال في فيلادلفيا

لم يُقرع جرس الحرية، بشقه الشهير، منذ 180 عامًا، لكن هذا لم يمنع العلماء من التساؤل عما يبدو عليه عندما يرن. واحتفالاً بالذكرى السنوية الـ 250 لتأسيس البلاد، قام باحثون من جامعة ولاية بنسلفانيا بتصميم خصائصه الصوتية باستخدام البيانات التي تم جمعها من إحدى النسخ المتماثلة للجرس. تم تقديم العمل لأول مرة في وقت سابق من هذا العام في اجتماع الجمعية الصوتية الأمريكية في فيلادلفيا، وتلاه مقال في مجلة الفيزياء اليوم.

المؤرخون ليسوا متأكدين بالضبط متى حصل جرس الحرية على شقه المميز، ولكن حدث ذلك فقط بين عامي 1817 و1846. يشير تقرير عام 1846 في المكتب العام إلى رنين الجرس في 23 فبراير من ذلك العام، مشيرًا إلى أنه قد أحدث صدعًا، حاول شخص ما إصلاحه عن طريق ملئه. لكن الأمر لم ينجح: فقد أدى رنين يوم 23 فبراير إلى اتساع الفجوة إلى أبعد من ذلك، حتى أن "جرس الاستقلال القديم ... معلق الآن في البرج العظيم، متصدع بشكل لا يمكن إصلاحه وصامت إلى الأبد". ولم يسمع أحد جرسه منذ ذلك الحين.

لم تكن هذه هي المرة الأولى التي ينكسر فيها الجرس. تشققت الحافة بعد وقت قصير من وصولها إلى فيلادلفيا عام 1752، وهي المرة الأولى التي يصطدم فيها كلابر أثناء اختبار الصوت. تمت إعادة كتابته من قبل اثنين من عمال المسبك المحليين، جون باس وجون ستو، ليس مرة واحدة بل مرتين، حيث أنتجت إعادة الكتابة الأولى صوتًا شبهه أحد الجمهور بقصف حجارة الفحم.

تم اعتبار صوت النسخة الثانية مقبولاً، وكان الجرس شائع الاستخدام لاستدعاء التجمعات، من بين أغراض أخرى، حتى أصبح غير مستخدم بعد الحرب الثورية الأمريكية. أما بالنسبة لسبب تعرض الصدأ للتشقق، فقد وجدت دراسة أجريت عام 1975 للتركيب الكيميائي للصدأ أن المعادن المستخدمة شكلت "سبيكة شديدة الهشاشة" جعلت من السهل على جامعي الهدايا التذكارية فصل القطع عن الحافة.

نحن نعرف شيئًا عن الصوتيات العامة للأجراس يعود تاريخها على الأقل إلى ورقة بحثية مهمة كتبها توماس د. روسينج وروبرت بيرين عام 1987، اللذين بحثا في أشكال وأنماط اهتزاز أجراس الكنائس، وأجراس الجرس، والأجراس اليدوية. يتم تحديد درجة صوت الجرس من خلال الهندسة البسيطة نسبيًا - أي أنماط الاهتزاز التي تشع الصوت إلى آذان المستمعين - والمادة المصنوعة منها (البرونزية)، والتي تحدد درجة نغمة الجرس ومدتها بدقة.

بير شون كولير، أحد مؤلفي هذا المقال الأخير، يعتمد فقط على المعلومات الضئيلة عبر الإنترنت حول جرس الحرية لتكرار صوته، "ينتج الجرس صوتًا مرعبًا لا يتطابق مع شبح الجرس الأيقوني الموجود في الوجود". هناك العديد من النسخ المتماثلة بالحجم الكامل لجرس الحرية التي تم صنعها في القرن العشرين، بما في ذلك واحدة في حرم جامعة ولاية بنسلفانيا بهريند، والتي يمكنك ضربها. تم تصميم هذا الجرس لإصدار رنين، لكن العلماء يريدون المزيد من المعلومات، مثل النغمات المحددة، النغمات التي ترن لفترة أطول، وكيف يتغير شكل الجرس عندما يهتز. ويتطلب ذلك تحليلًا مشروطًا، وهي تقنية يستخدمها صانعو الأجراس لتقييم الضبط وإجراء أي تعديلات ضرورية.

على سبيل المثال، وفقًا للمؤلفين، يتم ضبط أجراس الكنائس الغربية عادةً على الترددات الخمسة الأولى الشائعة - النغمة المنزلية، والأساسية (النغمة الأكثر شيوعًا في الأذن البشرية)، والصف، والإصبع، والاسمية - باتباع نسب مثالية محددة جيدًا. وكتبوا: "من الناحية الموسيقية، تبدو الترددات وكأنها ثلاثية طفيفة، ولهذا السبب عادةً ما يكون لأجراس الكنيسة صوت حزين". بالإضافة إلى ذلك، "تدرك الأذن البشرية صوت الجرس كنغمة ذاتية تسمى نغمة قرعية"، والتي تنتج عن مزيج من كيفية تفاعل أشكال المزاج وتوقعات المستمع الخاصة.

قرر كولير وزملاؤه، جون يونج وآرون ستيرنز، استخدام نسخة طبق الأصل من ولاية بنسلفانيا بيرند لجمع بياناتهم حول أشكال الأنماط والترددات الطبيعية وعوامل الخسارة. لقد قاموا بتوصيل مقاييس التسارع بأجزاء مختلفة من النموذج بالحجم الطبيعي، ثم قاموا بالنقر على مناطق مختلفة على الجرس بمطرقة مجهزة بمقياس القوة. تلقت مقاييس التسارع استجابة الجرس للتأثير، وقام مقياس الدينامومتر بقياس قوة التأثير كدالة للوقت.

ثم تمكن المؤلفون من استخراج ترددات الاهتزازات الطبيعية للجرس مع البيانات المقابلة. شكل الوضع وعوامل الفقدان النتائج: كان صوت المحاكاة المنزلية 174 هرتز. كان الأساسي 323 هرتز. كان الصف 381 هرتز. كان كوينت 510 هرتز. وكان الاسمي 623 هرتز. تم ضبط نسبة هذه الترددات على مسافة قريبة جدًا من نسب الجرس المثالي. وتتوافق أشكال وضع التردد الأساسي مع أجراس الكنائس الغربية النموذجية.

وكان قياس عوامل الخسارة أكثر صعوبة. وكانت القيم التي تم قياسها بواسطة Collier et al ضمن النطاق الطبيعي، لكن عوامل الخسارة تتأثر بنوع البرونز المستخدم وعيوب الصب. اختلفت عمليات صنع الجرس المستخدمة في القرن العشرين لصب النسخة المتماثلة عن تلك المستخدمة في القرن الثامن عشر لصب جرس الحرية الأصلي. لذلك قد تكون عوامل الخسارة متشابهة. من الصعب التنبؤ بذلك

DOI: الفيزياء اليوم، 2026. 10.1063/pt.103283cd08 (حول معرفات الهوية الرقمية).

جينيفر هي كاتبة أولى في Ars Technica مع التركيز بشكل خاص على تقاطع العلوم والثقافة، وتغطي كل شيء بدءًا من الفيزياء والموضوعات متعددة التخصصات ذات الصلة إلى أفلامها ومسلسلاتها التلفزيونية المفضلة. تعيش جينيفر مع زوجها الفيزيائي شون إم كارول وقطتيهما أرييل وكاليبان في بالتيمور.