Чому свистить киплячий чайник
Вип'ємо чаю, посвист. Вченим вдалося вирішити 100-річну фізичну проблему
Числа Рейнольдса є важливою безрозмірною характеристикою струму. В даній конкретній задачі числа залежать від фізичних властивостей рідини або газу, форми і властивостей свистка і інших чинників. Однак, якщо обмежитися парою і свистком конкретної форми, то з великою часткою вірогідності можна вважати, що числа Рейнольдса залежать від швидкості течії.
Як виявилося, при швидкості нижче критичної, джерелом звуку є коливання застряг між двома пластинами повітря. Схожий механізм, за словами вчених, відповідає за виникнення звуку в пляшці, в яку дмуть в горлечко (відповідна математична модель називається резонатором Гельмгольца). Примітним фактом є те, що в досить широкому діапазоні швидкостей тональність виникає звуку постійна. При цьому тон визначається фізичними характеристиками самого свистка.
Якщо швидкість струму вище порогового значення, то звук виникає зовсім інакше. Струм пара, проходячи через першу дірку свистка відчуває обурення. 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, в 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 закипаючого чайника, а другий - за свист вже киплячого.
За словами дослідників, незважаючи на нібито несерйозність їх роботи, вона може знайти найширше застосування. Модель свистка, яку використовували фізики, підходить для опису безлічі реальних фізичних процесів - наприклад, звуки в водопровідних трубах, системі вентиляції, автомобільних глушники, фенах та інших. Нові результати можуть допомогти позбутися від неприємних звуків.