Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 04

Про это явление многие слышали, но лишь недавно исследователи из Кембриджского университета изучили процесс появления звука в свистке кипящего чайника досконально. Они, таким образом, сумели решить 100-летнюю физическую проблему, которую поставил в теории звука

Джон Уильям Стретт, более известный в истории физики как Лорд Рэлей.

При анализе явления физиков интересовал поток пара в камере, которая является цилиндром с дырками в основаниях — снизу широкой, сверху — узкой. Исследователи провели серию тестов (в общей сложности работа заняла четыре года!), после чего рассчитали две модели появления звука.

Эти модели используются для разных чисел Рейнольдса Re — одна для Re < 2000, другая для Re > 2000. Здесь, видимо, надо сказать, что числа Рейнольдса, используемые в гидро- и аэродинамике, являются важной безразмерной характеристикой потока. Их величина зависит от физических свойств жидкости или газа, формы, устройства свистка и прочих факторов. Если ограничиться паром и свистком конкретной формы, то с большой долей вероятности можно полагать, что числа Рейнольдса зависят от скорости потока.

Как выяснили экспериментаторы, при скорости ниже критической источником звука становятся колебания застрявшего между двумя пластинами воздуха. При этом тон вызывается физическими характеристиками самого свистка. Аналогичный механизм, по мнению ученых, приводит к возникновению звука в бутылке, если подуть наискось в ее горлышко. Подобная математическая модель, кстати, называется резонатором Гельмгольца.

По мнению ученых, вопреки кажущейся несерьезности их работы, она может быть использована во множестве случаев. Модель свистка, которую применили физики, подходит для исследования множества реальных физических процессов — к примеру, звуков в водопроводных трубах, системе вентиляции, автомобильных глушителях, фенах и так далее. Вновь полученные данные могут помочь избавиться от неприятных звуков, когда в них нет надобности, пообещали физики.

…А вы говорите, что поставить чайник — это просто.

ЧТО ТАКОЕ КИПЕНИЕ

Кипение — это процесс перехода вещества из жидкого в газообразное состояние, с возникновением границ разделения фаз. Температура кипения при атмосферном давлении обычно является одной из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества.

Кипение является фазовым переходом первого рода. Кипение происходит гораздо более интенсивно, чем испарение с поверхности, из-за возникновения очагов парообразования, обусловленных как достигнутой температурой кипения, так и наличием примесей.

На процесс образования пузырьков можно влиять с помощью давления, звуковых волн, ионизации и других факторов возникновения центров парообразования. В частности, именно на принципе вскипания микрообъемов жидкости от ионизации при прохождении заряженных частиц работает пузырьковая камера, используемая в опытах с элементарными частицами.

Кипение отличается от испарения тем, что может происходить при определенной температуре и давлении.

ВОПРОС НА ЗАСЫПКУ

Чайник вскипел, чай заварен, налит в чашку, а еще лучше — в прозрачный стакан. Вы насыпали сахару и начинаете помешивать напиток ложечкой.

Но что это? Посмотрите, как себя ведут чаинки. Сначала они размещались на дне стакана, поскольку тяжелее молекул воды. Когда вы начали вращать жидкость в стакане ложечкой, на чаинки, как и на молекулы Н 2О, тоже стали действовать центробежные силы. По идее, они должны были бы прижать чаинки к стенкам стакана. Однако на самом деле большинство чаинок вращается у центра стакана. Почему чаинки ведут себя столь странно?

Что обычно делают с йодом, хорошо известно каждому с детства. Спиртовой настойкой йода мажут всякие ссадины и царапины. Ранку немного пощиплет, зато она быстрее заживет.

Мои личные эксперименты с йодом начались с такого случая. Когда мне было лет десять, я нечаянно поцарапал шкаф. На его темно-коричневой полировке осталась отчетливая белесая царапина. Это грозило большими неприятностями, и я нашел блестящий, как мне показалось, выход из положения. Перед приходом родителей с работы я старательно замаскировал царапину на шкафу настойкой йода. Ведь она тоже коричневого цвета. Царапина и вправду стала почти незаметной.

Но утром мне все равно влетело. Знаете почему? Да потому что, как оказалось, йод обладает одним интересным свойством — он возгоняется, то есть со временем просто улетучивается с поверхности. Царапина снова стала белесой и весьма заметной.

Через пару дней, когда страсти со шкафом улеглись, мне пришла в голову еще одна идея, как можно использовать йод для маскировки. Только теперь уже письменных сообщений.

В одной книжке я вычитал, что революционеры в свое время писали письма молоком. То есть сначала писалось обычное письмо невинного содержания обычными чернилами. А затем между строк в письмо вписывалось тайное послание. Когда молоко высыхало, его следы на странице становились практически не видны. Но тот, кто знал секрет, просто проглаживал полученное письмо горячим утюгом, и тайный текст на бумаге отчетливо проступал.

Я придумал еще один способ тайнописи. Надо писать скрытый текст йодом, решил я. Йод возгонится, текст обесцветится, но какая-то часть йода на странице все же останется. И запись можно будет проявить, протерев страницы картошкой. Йод очень хорошо взаимодействует с крахмалом, оставляя лиловые следы.

Задумано было замечательно, но на практике получилось вот что. Когда я написал текст на бумаге йодом, он и не подумал исчезать. На бумаге так и остался коричневый след.

Тогда зачем я вам все это рассказываю? А вот зачем. Приобретенный опыт все же позволил мне сделать открытие. Впрочем, как потом оказалось, не только мне одному. Но это в данном случае не важно. А важно вот что.

Вы обратили внимание, как трудно порой различить вещи, сделанные на одном заводе или фабрике? Они словно близнецы, и порой бывает очень трудно доказать, что эта вещь твоя, а не соседа.

Бывалые люди в таких случаях ставят на своих инструментах и прочих личных вещах метки. И вот тут некоторые свойства йода могут оказаться как раз кстати.

Кроме пузырька с йодом, вам понадобится обычная парафиновая свеча. Ну и конечно, тот предмет, на котором вы хотите поставить свою метку.

Металлическую поверхность, где будут выгравированы ваши инициалы или какой-то рисунок, надо сначала зачистить шкуркой до блеска. Затем зажгите свечку и наклоните ее так, чтобы парафин капал на блестящую поверхность. Слегка нагрейте сам предмет (например, лезвие вашего перочинного ножа), тогда парафин растечется тонким слоем.