Наука объяснила, почему звук капающей воды такой противный
Ученые из Кембриджского университета наконец-то выяснили, что является причиной одного из самых раздражающих звуков в мире – звука капающей воды.
Физик Анураг Агарвал задумался над этой проблемой, когда был в гостях у друга. В доме протекала крыша, и для сбора воды хозяева подставили ведра. Падая в них, капли воды издавали звонкий звук и мешали Агарвалу уснуть. Ученый задумался о природе этого звука, а на утро обсудил это со своими товарищами, и все они были удивлены, поскольку никто так и не ответил на вопрос, что именно вызывает звук. Тогда они решили выяснить это экспериментально.
В своей работе ученые использовали два типа микрофонов — надводный и подводный, а процесс изменения формы поверхности жидкости снимали с нескольких разных ракурсов с частотой записи 30 тысяч кадров в секунду. Капля диаметром четыре миллиметра падала на водную поверхность со скоростью 1,29 метра в секунду, в результате чего на поверхности формировалась газовая полость, от которой затем отрывался небольшой пузырек воздуха, продолжавший двигаться вниз.
Оказалось, что звучать эта система начинала ровно в тот момент, когда происходил отрыв пузырька воздуха от водной поверхности. После этого звук продолжался в течение нескольких миллисекунд и постепенно затухал, когда пузырек отдалялся от поверхности на достаточное расстояние, а форма его поверхности практически переставала колебаться.
Сделанные наблюдения подтверждают выдвигавшиеся ранее гипотезы о том, что источником звонкого капающего звука при падении капли становится резонансное колебание поверхности газового пузырька, образовавшегося в жидкости. Практические доказательства были получены впервые.
По словам авторов работы, исследование механизма возникновения звука капания может быть в дальнейшем использовано для улучшения систем определения силы ливня, а также для более достоверного озвучивания дождя в фильмах или компьютерных играх.
Источник
Почему струя воды из крана сужается книзу?
Многие интересные явления из области физики остаются нами незамеченными. Например, стоит понаблюдать за водой, текущей из крана. Можно заметить, что вверху струя соответствует диаметру трубы, а внизу становится заметно уже. Как объяснить такое явление и почему вода вообще не разливается во все стороны, а держит определенную форму?
Межмолекулярная сила и поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение – это явление, которое возникает на границе тел, находящихся в разном состоянии: твердом, жидком и газообразном. Чаще всего оно образуется между жидкостью и газом. Измеряется в Н/м (ньютон на метр). Разные жидкости имеют разный коэффициент поверхностного натяжения по отношению к воздуху.
Поверхностное натяжение напрямую связано с межмолекулярной силой. В качестве примера можно взять каплю воды на поверхности. Вода представляет собой большое количество молекул.
Капля окружена воздухом. Она держит четкую форму благодаря тому, что молекулы воды стремятся друг к другу. Это стремление носит название межмолекулярной силы. Внутри жидкости молекулы находятся в постоянном движении, притягиваются друг другом в разные стороны.
Капли воды на листе удерживаются благодаря поверхностному натяжению
Однако на границе вода-воздух молекулы устремляются лишь «внутрь» капли, в противоположную от воздуха сторону. Молекулы, находящиеся в самом верху капли, еще сильнее притягиваются друг к другу. Образуются водородные связи, а поверхность капли становится невероятно прочной, не давая ей растекаться.
Почему не разливается вода, а ее струя сужается?
То же самое происходит со струей воды. Она плавно течет вниз, поскольку в данном случае молекулы притягиваются в «центр». Поверхностное натяжение образует своего рода «трубу», по которой струя перемещается вниз и не разлетается.
Кроме того, вода находится в свободном падении. Это означает, что она движется с определенным ускорением – чем ниже, тем выше скорость. Вода течет непрерывно, поэтому в любой части этого потока в каждый момент времени проходит одинаковый объем жидкости.
Но, учитывая, что внизу скорость потока намного выше, а объем воды поступает прежний, струя становится уже. Это происходит под действием силы притяжения. Струя как будто вытягивается в вертикальном направлении. Когда она сузится до пары миллиметров в толщину, под действием поверхностного натяжения начнут образовываться отдельные капли.
Аналогичные процессы будут происходить с каплями воды, если одну вылить чуть раньше другой. Первая капля начнет ускоряться быстрее. Постепенно расстояние между ней и второй каплей будет увеличиваться.
Польза поверхностного натяжения
Наличие поверхностного натяжения несет огромную пользу во всем окружающем нас мире. Если известен его коэффициент для определенного чистого состава, то отклонение от данного показателя будет указывать на загрязнение вещества. Определение поверхностного натяжения происходит на молекулярном уровне.
Важно оно и для всех водоемов на планете, экосистем. Без данной силы вода то и дело меняла бы состав, контактируя с воздухом. А она, в свою очередь, является средой обитания для огромного количества живых организмов.
На струю воды действуют силы притяжения и поверхностного натяжения. Одинаковый объем воды непрерывно двигается вниз. Внизу струя набирает большую скорость. Из-за того, что количество воды остается неизменным, сужается сама струя. А поверхностное натяжение не дает воде разлиться сразу при выходе из крана.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
