เสียงน้ำหยดจากก๊อกน้ำ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ไขปริศนาเบื้องหลังเสียงในครัวเรือนที่เป็นที่รู้จักและน่ารำคาญที่สุดเสียงหนึ่ง: เสียงน้ำหยด. ที่สำคัญ, พวกเขายังพบวิธีแก้ปัญหาง่ายๆ เพื่อหยุดมันด้วย, และพวกเราส่วนใหญ่ก็พบวิธีแก้ปัญหานั้นในครัวของเรา. นักวิทยาศาสตร์ของ Drip Faucet ได้ไขปริศนาเบื้องหลังเสียงในครัวเรือนที่เป็นที่รู้จักและน่ารำคาญที่สุด: เสียงน้ำหยด. ที่สำคัญ, พวกเขายังพบวิธีแก้ปัญหาง่ายๆ เพื่อหยุดมันด้วย, และพวกเราส่วนใหญ่ก็พบวิธีแก้ปัญหานั้นในครัวของเรา. ใช้กล้องที่เร็วเป็นพิเศษและเทคนิคการจับเสียงที่ทันสมัย, นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้ค้นพบว่า “เสียงดังกึกก้อง, เสียงดังกึกก้อง” เสียงที่เกิดขึ้นเมื่อหยดน้ำกระทบพื้นผิวของของเหลวไม่ได้เกิดจากการหยดนั้นเอง, แต่เกิดจากแรงสั่นสะเทือนของฟองอากาศเล็กๆ ที่ติดอยู่ใต้ผิวน้ำ. ฟองอากาศบังคับให้ผิวน้ำสั่นสะเทือน, ขับเสียงในอากาศเหมือนลูกสูบ. นอกจากนี้, ผู้วิจัยพบว่าการเปลี่ยนแปลงแรงตึงผิว, เช่นการเติมน้ำยาล้างจาน, สามารถปิดกั้นเสียงได้. การค้นพบนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Scientific Reports. แม้ว่าผู้คนจะถูกปลุกให้ตื่นมาหลายชั่วอายุคนเมื่อได้ยินเสียงน้ำหยดจากก๊อกน้ำหรือหลังคารั่ว, ไม่เคยทราบแหล่งที่มาของเสียงที่แน่นอน. ดร. อนุรัก อาการาวาล จากภาควิชาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษา, พูดว่า: “มีการดำเนินการมากมายเกี่ยวกับฟิสิกส์ของก๊อกแบบหยด, แต่ยังไม่ค่อยได้ทำเรื่องเสียงมากนัก. “แต่ต้องขอบคุณเทคโนโลยีวิดีโอและเสียงที่ทันสมัย, ในที่สุดเราก็สามารถระบุแหล่งที่มาของเสียงได้, ซึ่งอาจช่วยให้เราหยุดมันได้. "Agarwal เป็นหัวหน้าห้องทดลองด้านเสียงและเป็นนักวิจัยที่ Emmanuel College, ซึ่งตัดสินใจสอบสวนปัญหาเป็นครั้งแรกเมื่อเขาไปเยี่ยมเพื่อนที่มีรอยรั่วเล็กน้อยบนหลังคาของเขา. การศึกษาของ Agarwal ศึกษาเกี่ยวกับเสียงและอากาศพลศาสตร์ของการบินและอวกาศ, เครื่องใช้ในครัวเรือนและการใช้งานด้านชีวการแพทย์. เขากล่าวว่า: เมื่อตื่นขึ้นมาก็ได้ยินเสียงน้ำที่ตกลงมา, ฉันเริ่มคิดเกี่ยวกับมัน. “วันรุ่งขึ้น, ฉันปรึกษาปัญหานี้กับเพื่อนและนักวิชาการที่มาเยี่ยมอีกคนหนึ่ง, และเราทั้งคู่ต่างก็ประหลาดใจที่ไม่มีใครตอบเหตุผลของเสียงนั้นได้จริงๆ. “อัครวาลร่วมมือกับดร. ปีเตอร์ จอร์แดน จากมหาวิทยาลัยปัวตีเย (ซึ่งใช้เวลาอยู่ในเคมบริดจ์ผ่านการคบหาสมาคมเอ็มมานูเอล) และรุ่นพี่แซม ฟิลลิปส์ทำการทดลองเพื่อศึกษาปัญหา. อุปกรณ์ของพวกเขาใช้กล้องที่เร็วเป็นพิเศษ, ไมโครโฟนและไฮโดรโฟนเพื่อบันทึกหยดน้ำที่ตกลงไปในถัง. หยดน้ำเป็นที่มาของความอยากรู้อยากเห็นของชุมชนวิทยาศาสตร์มานานกว่าศตวรรษ: ภาพถ่ายแรกสุดของหยดน้ำที่กระทบถูกเผยแพร่ใน 1908, และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ก็พยายามดิ้นรนเพื่อค้นหาแหล่งที่มาของเสียง. อุทกพลศาสตร์ของหยดน้ำที่กระทบกับพื้นผิวของเหลวเป็นที่รู้จักกันดี: เมื่อหยดน้ำกระทบพื้นผิว, มันทำให้เกิดโพรง, ซึ่งเด้งกลับอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงตึงผิวของของเหลว, ทำให้คอลัมน์ของเหลวลอยขึ้น. ช่องนี้เด้งกลับเร็วเกินไปหลังจากที่หยดโดนกระทบ, ทำให้ฟองอากาศขนาดเล็กติดอยู่ใต้น้ำ. การศึกษาก่อนหน้านี้ได้ตั้งสมมติฐานว่า “ปริ๊ง” เสียงเกิดจากการกระแทกนั่นเอง, เสียงสะท้อนของโพรงหรือสนามเสียงใต้น้ำที่แพร่กระจายผ่านน้ำ, แต่สิ่งนี้ไม่สามารถยืนยันได้จากการทดลอง. นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์พบในการทดลองของพวกเขาว่า, ค่อนข้างขัดกับสัญชาตญาณ, สาดครั้งแรก, การก่อตัวของโพรงและการพ่นของเหลวทั้งหมดถูกทำให้เงียบลงอย่างมีประสิทธิภาพ. แหล่งกำเนิดเสียงคือฟองอากาศที่ถูกดักไว้. ฟิลลิปส์, ปัจจุบันเป็นนักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมศาสตร์, พูดว่า: “การใช้กล้องความเร็วสูงและไมโครโฟนความไวสูง, เราสามารถสังเกตการแกว่งของฟองอากาศได้โดยตรงเป็นครั้งแรก, แสดงให้เห็นว่าฟองอากาศเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของเสียงใต้น้ำและเป็นเสียง 'เสียงกริ๊ง' อันเป็นเอกลักษณ์’ เสียงบนเรือ. “อย่างไรก็ตาม, เสียงในอากาศไม่ได้เป็นเพียงสนามเสียงใต้น้ำที่แพร่กระจายไปยังพื้นผิวเท่านั้น, ตามที่คิดไว้ก่อนหน้านี้, เพื่อให้ “ฐาน” ที่จะมีความสำคัญ, ฟองอากาศที่ติดอยู่จะต้องอยู่ใกล้ก้นโพรงที่เกิดจากการตกกระแทก. จากนั้นฟองอากาศจะขับเคลื่อนการสั่นของผิวน้ำที่ด้านล่างของโพรง, เหมือนลูกสูบส่งคลื่นเสียงไปในอากาศ. นี่เป็นกลไกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในการให้ฟองใต้น้ำขับเคลื่อนสนามเสียงในอากาศมากกว่าที่แนะนำไว้ก่อนหน้านี้. ตามที่นักวิจัย, ในขณะที่การศึกษาวิจัยดำเนินไปด้วยความอยากรู้อยากเห็นล้วนๆ, ผลลัพธ์ที่ได้สามารถนำไปใช้ในการพัฒนาวิธีวัดปริมาณน้ำฝนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น, หรือเพื่อสร้างเสียงสังเคราะห์ที่น่าเชื่อสำหรับหยดน้ำในเกมหรือภาพยนตร์, ซึ่งยังไม่บรรลุนิติภาวะ.