Физики из Кембриджского университета под руководством Питера Джордана нашли причину звука, который сопровождает падение капель в воду, пишет Scientific Reports.
Проблему определения источника этого звука физики пытались решить практически век, однако большинство работ были в первую очередь теоретическими и подкреплялись лишь грубыми экспериментальными наблюдениями. С достаточной точностью провести исследование ученым удалось только сейчас благодаря развитию техники высокоскоростной записи видео и звука.
В своей работе кембриджские 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 4 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 и продолжал двигаться вниз.
Оказалось, что звучать эта система начинала ровно в тот момент, когда происходил отрыв пузырька воздуха от воды. После этого звук продолжался в течение нескольких миллисекунд и постепенно затухал, когда пузырек отдалялся от поверхности на достаточное расстояние, а вода 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.
По словам авторов работы, проведенное экспериментальное 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.
Другая интересная для изучения похожая ситуация – падение капель не на жидкую, а на твердую поверхность. В этом случае не происходит образования пузырьков воздуха, зато при всплеске образуется пленка необычной формы. Эта форма зависит от скорости и размера капли, а также от механических свойств твердой поверхности и ее геометрии. Например, недавно британские физики показали, что при столкновении капли с твердым шариком происходит образование конусообразной пленки, форма и размер которой зависят только от скорости и относительного размера капли. Потом за счет различий в толщине подобная пленка распадается на отдельные капли, размер и форма которых определяются свойствами жидкости и упругостью поверхности.