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水龙头滴水声是怎么形成的

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发布时间:2018-09-30 16:36:07

 

 

Dripping tap.滴水的龙头

 

科学家们已揭开了一个最易辨认,也最为讨厌的日常声音背后的谜团——滴水的水龙头,至关重要的是,他们也找到了一种简单的消除声音的办法,大多数人已在厨房使用过这种方法。

使用超高速照相机和现代音频采集技术,来自剑桥大学(University of Cambridge)的研究人员发现,水滴撞击液面发出的“叮铃叮铃”的声音不是液滴本身发出的,而是由水面下的小气泡振动发出的。气泡迫使水表面振动,就像活塞驱动空气传声一样。

另外,研究人员发现改变表面张力,例如加入洗洁精,能够消除这种声音,这个结果发布在《科技报告》(Scientific Reports)杂志上。

虽然一代又一代人因为漏水的龙头或屋顶而夜不成眠,但这种声音的源头却至今不得而知。

“人们做了许多工作研究漏水龙头的物理机理,但是对于其声音的研究并不多,”负责这项研究的剑桥工程部(Cambridge's Department of Engineering)的Anurag Agarwal博士说,“但是多亏了现代视频和音频技术,我们才能最终揭开声音的来源,这有助于我们消除这种声音。”

Agarwal是声学实验室的负责人,也是伊曼纽尔学院(Emmanuel College)的研究员。他最初决定研究这个问题,是在拜访一个朋友的时候,朋友家的屋顶有轻微的漏水。Agarwal的研究方向是声学和气体动力学,家用电器和生物医学应用,“当我因为屋顶漏下的水,落入接在下面的桶而发出的声音夜不成眠的时候,我开始思考这个问题,”他说,“第二天,我和朋友以及另一位访问学者讨论了这个问题,我们都很意外地发现,没有人真正回答过是什么导致了这种声音。”

Agarwal与普瓦捷大学(University of Poitiers)的Peter Jordan博士合作,设计实验来研究这个问题。Peter Jordan博士通过伊曼纽尔学院的奖学金项目来到剑桥大学,和最后一年的本科生Sam Phillips在剑桥大学度过了一学期。他们使用了一个超高速相机,一个麦克风和一个水诊器,来记录液滴落入水池的过程。

一个多世纪以来,水滴都是好奇的源泉:最早的水滴跌落冲击的照片出版于1908年,并且自那以来,科学家们一直试图找出水滴声音的源头。

水滴撞击液体表面的流体力学机理众所周知:水滴撞击液面时,形成了空腔,由于液体存在表面张力,空腔快速回弹,产生了上升液柱。由于在液滴的撞击之后,空腔回弹太快,这造成了小气泡滞留在水下。

早先的研究曾设想“叮铃”的声音是由撞击本身,空腔振动或是水下声场传播到水面造成的,但是还没有在实验上证实过。

在他们的实验中,剑桥大学的研究人员发现一些有违直觉的结果,最初水的溅出,空腔的形成,还有液体的喷射事实上都是无声的,声音的来源是滞留的气泡。

“使用高速相机和高灵敏麦克风,我们第一次能够直接观察到气泡的振动,观察显示空气泡是水声和经空气传播特殊的“叮铃”声的源头,”Phillips说,他是工程学院(Department of Engineering)的博士生。“然而不像先前想的那样,这种空气传声是简单地由水下声场传到水面。”

为了发出明显的“叮铃”声,滞留的气泡需要离空腔底部很近,空腔由水滴撞击产生。接着,气泡在空腔底部驱动了水表面的振动,像是活塞驱动声波到空气中。水下气泡驱动空气中的声场传声,这种机理比之前设想的机理更有效。

根据研究人员所说,虽然这个研究纯粹是由好奇心使然,但这个结果可以用来开发更有效的测量降水量的方法,或者在游戏或电影中开发仿真的水滴声,这目前还没有实现。

清莱新闻(qunden.cn)

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