Hvad forårsager lyden af ​​en dryppende hane - og hvordan stopper du den?

Forskere har løst gåden bag en af ​​de mest genkendelige, og irriterende, husholdningslyde:den dryppende hane. Og afgørende, de har også fundet en simpel løsning til at stoppe det, som de fleste af os allerede har i vores køkkener.

Brug af ultra-højhastighedskameraer og moderne lydoptagelsesteknikker, forskerne, fra University of Cambridge, fandt ud af, at 'plink, plink'-lyd frembragt af en vanddråbe, der rammer en væskeoverflade, er ikke forårsaget af selve dråben, men ved oscillationen af ​​en lille luftboble fanget under vandoverfladen. Boblen tvinger selve vandoverfladen til at vibrere, fungerer som et stempel for at drive den luftbårne lyd.

Ud over, forskerne fandt ud af, at ændring af overfladespændingen af ​​overfladen, for eksempel ved at tilsætte opvaskemiddel, kan stoppe lyden. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

På trods af at mennesker er blevet holdt vågne af lyden af ​​dryppende vand fra en utæt hane eller tag i generationer, den nøjagtige kilde til lyden har ikke været kendt indtil nu.

"Der er blevet gjort meget arbejde på den fysiske mekanik af en dryppende hane, men der er ikke gjort ret meget på lyden, " sagde Dr. Anurag Agarwal fra Cambridge's Department of Engineering, der ledede forskningen. "Men takket være moderne video- og lydteknologi, vi kan endelig finde ud af præcis hvor lyden kommer fra, som kan hjælpe os med at stoppe det."

Agarwal, som leder akustiklaboratoriet og er fellow fra Emmanuel College, besluttede først at undersøge dette problem, mens han besøgte en ven, der havde en lille lækage i taget af sit hus. Agarwals forskning undersøger akustik og aerodynamik i rumfart, husholdningsapparater og biomedicinske applikationer. "Mens jeg blev holdt vågen af ​​lyden af ​​vand, der faldt ned i en spand placeret under lækagen, Jeg begyndte at tænke på dette problem, " sagde han. "Den næste dag diskuterede jeg det med min ven og en anden besøgende akademiker, og vi var alle overraskede over, at ingen faktisk havde svaret på spørgsmålet om, hvad der forårsager lyden."

Arbejder med Dr. Peter Jordan fra University of Poitiers, som tilbragte et semester i Cambridge gennem et Fellowship fra Emmanuel College, og sidste års bachelor Sam Phillips, Agarwal oprettede et eksperiment for at undersøge problemet. Deres opsætning brugte et ultra-højhastighedskamera, en mikrofon og en hydrofon til at optage dråber, der falder ned i en vandtank.

Vanddråber har været en kilde til videnskabelig nysgerrighed i mere end et århundrede:de tidligste fotografier af dråbepåvirkninger blev offentliggjort i 1908, og videnskabsmænd har forsøgt at finde ud af kilden til lyden lige siden.

Væskemekanikken for en vanddråbe, der rammer en væskeoverflade, er velkendt:når dråben rammer overfladen, det forårsager dannelsen af ​​et hulrum, som hurtigt trækker sig tilbage på grund af væskens overfladespænding, resulterer i en stigende væskesøjle. Da hulrummet trækker sig tilbage så hurtigt efter dråbens påvirkning, det får en lille luftboble til at blive fanget under vandet.

Tidligere undersøgelser har antydet, at "plink"-lyden er forårsaget af selve påvirkningen, resonansen af ​​hulrummet, eller det undervandslydfelt, der forplanter sig gennem vandoverfladen, men har ikke været i stand til at bekræfte dette eksperimentelt.

I deres eksperiment, Cambridge-forskerne fandt, at noget kontraintuitivt, det første sprøjt, dannelsen af ​​hulrummet, og væskestrålen er alle effektivt lydløse. Kilden til lyden er den indespærrede luftboble.

"Ved brug af højhastighedskameraer og højfølsomme mikrofoner, vi var i stand til direkte at observere luftboblens oscillation for første gang, viser, at luftboblen er nøgledriveren for både undervandslyden, og den karakteristiske luftbårne 'plink'-lyd, " sagde Phillips, der nu er ph.d. studerende ved Institut for Ingeniørvidenskab. "Imidlertid, den luftbårne lyd er ikke blot lydfeltet under vand, der spredes til overfladen, som man tidligere havde troet."

For at 'plinket' skal være signifikant, den indespærrede luftboble skal være tæt på bunden af ​​hulrummet forårsaget af faldpåvirkningen. Boblen driver derefter svingninger af vandoverfladen i bunden af ​​hulrummet, fungerer som et stempel, der driver lydbølger op i luften. Dette er en mere effektiv mekanisme, hvorved undervandsboblen driver det luftbårne lydfelt, end det tidligere var blevet foreslået.

Ifølge forskerne, mens undersøgelsen var rent nysgerrighedsdrevet, resultaterne kunne bruges til at udvikle mere effektive måder at måle nedbør på eller til at udvikle en overbevisende syntetiseret lyd til vanddråber i spil eller film, som endnu ikke er opnået.