Вчені з Кембриджського університету розібралися з процесом звукоутворення в свистка киплячого чайника

За словами вчених, таким чином їм вдалося вирішити 100-річну фізичну проблему, поставлену в «Теорії звуку» Джона Вільяма Стретта, відомого як Лорд Релей.

У рамках дослідження вчених цікавив струм у камері, що представляє собою широкий циліндр з дірками. Дослідники провели серію експериментів (в цілому робота зайняла чотири роки), після чого побудували дві моделі, які описують виникнення звуку.

Ці моделі застосовні для різних чисел Рейнольдса Re - одна для Re < 2000, інша для Re > 2000 .

Числа Рейнольдса є важливою безрозмірною характеристикою потоку. У даній конкретній задачі числа залежать від фізичних властивостей рідини чи газу, форми і властивостей свистка та інших факторів. Однак, якщо обмежитися парою і свистком конкретної форми, то з великою часткою вірогідності можна вважати, що числа Рейнольдса залежать від швидкості потоку.

Як виявилося, при швидкості нижче критичної, джерелом звуку є коливання застрягшого між двома пластинами повітря. Примітним фактом є те, що в досить широкому діапазоні швидкостей тональність звуку виникає постійна. При цьому тон визначається фізичними характеристиками самого свистка.

Якщо швидкість потоку вище порогового значення, то звук виникає зовсім по-іншому. Потік пари, проходячи через першу дірку свистка відчуває збурення. В силу своєї нестабільності він починає розпадатися на окремі фрагменти так само, як розпадається на окремі краплі струмінь води з садового шланга. Кожен такий фрагмент вдаряє по другій стінці свистка, викликаючи її коливання.

Ці коливання, у свою чергу призводять до утворення парових воронок. Саме ці воронки і є джерелом звукових хвиль. Примітно, що в такому випадку також є одна домінуюча частота. Перший механізм, за словами вчених, відповідає за свист чайника, що закипає, а другий - за свист вже киплячого.

За словами дослідників, незважаючи на гадану несерйозність їх роботи, вона може знайти найширше застосування. Модель свистка, яку використовували фізики, підходить для опису безлічі реальних фізичних процесів - наприклад, звуки у водопровідних трубах, системі вентиляції, автомобільних глушниках, фенах та інших. Нові результати можуть допомогти позбавитися від неприємних звуків.