Вчені 100 з гаком років не могли зрозуміти, чому свистять чайники

Наши партнеры ArtmMisto

Дослідники, нарешті, зрозуміли, чому свистить чайник. Ця проблема спантеличувала вчених ні багато ні мало на протязі більш ніж ста років! Шкода тільки, що свистячих чайників на сучасних кухнях днем ​​з вогнем не знайдеш. Відкриття, втім, не настільки марне і обіцяє побороти інші неприємні шуми.

Умовиводи двох дослідників з Кембріджського університету ( Cambridge University ) Допоможуть інженерам зупинити небажаний дратівливий свист аналогічного характеру, що виникає, наприклад, в домашній сантехніці або при пошкодженні вихлопної труби автомобіля.

"Відкритий нами ефект можна застосувати до величезної кількості ситуацій - всюди, де структура, стримуюча потік повітря, схожа на свисток чайника, - вважає Росс Генрівуд ( Ross Henrywood ) З факультету інженерії. - Труби всередині будівлі - класичний приклад подібного ефекту. Також він спостерігається усередині пошкодженої вихлопної системи автомобіля. Якщо дізнатися, звідки йде свист, можна позбутися від нього ".

Генрівуд, який проводив дослідження в рамках власного дипломного проекту, і його керівник доктор Анураг Анарвал ( Anurag Agarwal ) Змогли показати, як саме з'являється звук всередині чайника, коли потік пара досягає носика.

Можливо, більшість людей ніколи не вважали це серйозним приводом для наукових суперечок, ось тільки дана проблема виходить далеко за рамки звичайних чайників. Використовуючи знання, отримані в ході дослідження, вчені можуть ізолювати і припинити дратівливі шуми, які супроводжують нашу звичайну життя повсюдно.

Як правило, свисток для чайника складається з двох пластин, розташованих близько один до одного і утворюють порожнину. Обидві пластини мають отвір посередині, яке дозволяє пару вирватися назовні. Зрозуміло, що свист чайника - це вібрації, вироблені збільшується обсягом пара, що виходить з носика. Але вчені протягом багатьох десятиліть не могли зрозуміти, що саме виробляє звук.

Генрівуд і Агарвал створили кілька спрощених свистків, а потім провели серію експериментів, в яких повітря проходило через них на різних швидкостях (отримані звукові ефекти були записані). Це дозволило вченим побудувати графіки залежності частот і амплітуд звуку від параметрів носика. Нарешті, вони використовували два мікрофони, щоб визначити частоту звукових коливань усередині носика.

Результати показали: якщо швидкість потоку висока, звук з'являється завдяки двом невеликим вихором (ділянкам закрученого потоку пара), які за певних частотах і виробляють шум. Коли пара піднімається до носика чайника, він натикається на перший отвір, яке значно вужче, ніж сам носик. Потік пара стискається і створюється струмінь пари, що проходить через отвір.

Зрозуміло, струмінь пара нестабільна (як, скажімо, струмінь води з садового шланга). До того моменту, коли вона досягає кінця "свистка", вона більше не є однорідним потоком. Ці нестабільність викликає невеликий імпульс тиску при попаданні в друге отвір. Цей імпульс викликає утворення вихорів водяної пари на виході. Ці вихори і виробляють звукові хвилі, створюючи шум, який сигналізує про те, що вода для майбутнього чаю скипіла.

Генрівуд і Агарвал також пояснили, чому цей ефект призводить до свисту, а не якомусь іншому виду шуму. На їхню думку, цей механізм аналогічний тому, який спостерігається в трубах органу або флейти. Серед звукових хвиль домінує певна частота, яка визначається розміром і формою отвори, а також довжиною носика. Чим довше носик, тим нижче буде тональність.

Також дослідники виявили, що чайник буде свистіти, навіть якщо швидкість потоку буде нижче, ніж необхідна для виникнення вихорів. Також вони виявили ще один виробляє звук механізм, що працює при закипанні води. Різниця в тому, що тональність звуку на цьому етапі має одну і ту ж частоту, незважаючи на широкий діапазон швидкостей. Виявилося, що при швидкості нижче критичної джерелом звуку є коливання застряг між двома пластинами повітря. Це подібно до дії резонатора Гельмгольца - той же механізм дає звук, якщо подути в порожню пляшку.

Коли повітря надходить у відкрите горлечко пляшки, повітря всередині шийки немов підстрибує вгору і вниз, як пружина. Схожий механізм спостерігається і при закипанні деяких чайників.

На думку вчених, дослідження допомогло їм оцінити різні механізми в дії. Відкриття, гідне Шнобелівської премії майбутнього року , Дозволить вносити зміни в конструкції і перешкоджати виникненню шумів. В даний момент Генрівуд і Агарвал розробляють на основі своїх досліджень проект безшумного високошвидкісного сушарки для рук .

Подробиці дослідження - в науковій статті журналу The Physics Of Fluids .

Також по темі:
Чайником для ледачих можна управляти по Wi-Fi
У Петербург завезли китайські праски-шпигуни
У Ростовській області зробили гігантський чайник
Побутова техніка: ворога треба знати в обличчя