21. septembra 2020
Zvuk vody

Dá sa počuť teplota vody?

Oči máme na pozeranie a uši na počúvanie, no za bežných podmienok nám tieto zmysly nehovoria nič o teplote. Ak vidíme, že železo svieti na červeno, tak vieme, že je veľmi horúce a nemáme sa ho chytať. Vieme však vysokú teplotu aj počuť?

Možno ste si niekedy všimli, že keď si miešate horúce kakao, znie to ináč, ako keď miešate studené. Podobný rozdiel sa dá všimnúť pri zalievaní horúcou a studenou vodou. Ak neveríte, vyskúšajte si to. Jednoduchý pokus vám dokáže, že horúca a studené tekutina naozaj znejú ináč. No dobre, ale prečo?

Keď som sa dozvedel o tomto jave, ako človek žijúci v Írsku, som si hneď spomenul na pivo Guiness. To obsahuje šialene veľa malých bubliniek, podľa tvrdenia výrobcu až 300 miliónov! Keď zaklepete na pintu Guinnesu zdola, pohár znie duto, ako spráchnivené drevo. Niečo podobné som teda očakával pri horúcej vode – bublinky odfiltrujú vysoké tóny. Presne toto mi potvrdil aj experiment.

Dva rôzne pokusy. Prvý: nalievanie horúcej a studenej vody. Druhý: cinkanie lyžičkou v prázdnom pohári a v pohároch so studenou a teplou vodou. Zdroj: Vedátor, aplikácia SpectrumView.

To však nie je všetko. Od teploty závisí aj viskozita a tá mení dynamiku nalievania, nedá sa teda všetko zvaliť na bublinky. Na stránke Naked scientist píšu, že práve viskozita môže za rozdielny zvuk horúcej a studenej vody pri púšťaní sprchy.

Rýchlosť zvuku vo vode v závislosti od teploty.
Rýchlosť zvuku vo vode v závislosti od teploty. Zdroj wiki.

Tretia dôležitá vlastnosť je rýchlosť zvuku vo vode, aj tá závisí od teploty. Keď sa nadýchnete hélia, zvuk sa v ňom šíri inou rýchlosťou a vo vašich dutinách rezonujú iné frekvencie – zrazu máte hlas ako šmolko.

V horúcej vode bez bubliniek by som tak kvôli vyššej rýchlosti zvuku očakával posun k vyšším frekvenciám. Pokus mi ukázal, že pri cinkaní lyžičkou sa v horúcej vode naozaj objavia nové vyššie frekvencie. Podľa odhadov som však aj čakal, že sa aj nízke frekvencie pohnú o asi 4%. To sa buď nestalo, alebo bol môj experiment nedostatočne presný.

Ľavá strana: Pri nalievaní studenej vody vidíme bohaté zastúpenie vyšších frekvencií, ktoré pri horúcej vode chýbali. Okolo frekvencie 2000Hz si všimnite efekt nalievanie, meniaci sa objem naliatej tekutiny (resp. prázdnej časti pohára) posúval jednu rezonančnú frekvenciu.
Pravá strana: Cinkanie lyžičkou v troch rôznych pohároch. Pri cinkaní v teplej vode sa v spektre objavili nové vysoké frekvencie.
Zdroj: Vedátor, aplikácia SpectrumView.

Má teplota vody vplyv na jej zvuk? Jednoznačne áno. Môže za to kombinácia javov, ktoré sme popísali. V skutočnosti však ide o zložitý systém, ktorý by sme museli fyzikálne modelovať, aby sme mohli ukázať prstom na konrétnu vlnovú dĺžku a povedať: „Za túto môže teplota!“

[Samuel]

PS: Podľa mňa je to pekný námet na bakalársku prácu.  
PS2: Ak si budete chcieť pokus zopakovať, ja som použil software SpectrumView od oxfordskej výskumnej skupiny, ktorý je zadarmo dostupný na iOS (na Androide určite nájdete niečo podobné). Pri pokuse si dajte pozor, aby ste mali identické poháre, vodu do nich liali z rovnakej výšky a pri cinkaní ich mali rovnako naplnené. Výsledky, podľa mňa, závisia od konkrétneho tvaru a materiálu poháru – tie moje boli dosť zvláštne, no iné tri rovnaké poháre som nenašiel.
PS3: Určite by stálo za to preskúmať vplyv teploty na zvuk samotného hrnčeka.

Pridaj komentár