De ce şuieră ceainicele? După 100 de ani de cercetări, acest mister a fost descifrat

Descoperirea făcută de cei doi cercetători britanici ar putea să îi ajute pe ingineri să pună capăt acelor sunete similare, iritante şi nedorite, produse de sistemele de ţevi din locuinţe şi de ţevile de eşapament avariate ale automobilelor.

„Efectul pe care l-am identificat poate să apară în tot felul de situaţii – în orice structură care conţine un curent de aer similar cu acela dintr-un ceainic”, a explicat Ross Henrywood, cercetător la catedra de Inginerie de la Universitatea Cambridge.

• Cele mai iubite băuturi de Crăciun afectează sănătatea oaselor
• Creierul bărbaților versus creierul femeilor: Care sunt diferențele?

„Ţevile dintr-o clădire reprezintă un exemplu clasic, iar efecte similare pot fi constatate în sistemele de eşapament avariate ale automobilelor. Odată ce aflăm de unde vine acel fluierat şi ceea ce îl produce, în principiu putem să scăpăm de el”, a adăugat el.

Ross Henrywood, care a realizat acest studiu în cadrul proiectului său de diplomă, şi profesorul său coordonator, Anurag Agarwal, au reuşit să demonstreze felul în care sunetul este creat în interiorul ceainicelor, pe măsură de „fluxul” de abur începe să iasă prin gâtul acestora.

Cercetătorii britanici au evidenţiat, totodată, două mecanisme separate, care nu doar că produc acest sunet specific, ci reprezintă tocmai motivul pentru care ceainicele fluieră, în loc să producă acel „şuierat” pe care un flux de aer îl generează în alte dispozitive casnice, precum uscătorul de păr.

Un dispozitiv de fluierat simplificat constă în două plăci, poziţionate la mică distanţă una de cealaltă, formând astfel o cavitate. Ambele plăci au o gaură în mijloc, care permite aburului să treacă prin ele.

Deşi se ştia deja că sunetul scos de ceainice este cauzat de vibraţiile produse de aburul care se acumulează şi care încearcă să „scape” din ceainic, oamenii de ştiinţă au încercat timp de peste un secol să înţeleagă procesul care produce acel sunet specific.

Ross Henrywood şi Anurag Agarwal au realizat o serie de ceainice cu fluier simplificate, pe care le-au montat într-un dispozitiv special, cu ajutorul căruia fluxul de aer era împins prin ele cu diverse viteze, iar sunetele produse au fost înregistrate.

Această abordare le-a permis să „programeze” frecvenţa şi amplitudinea sunetului, iar datele au fost apoi analizate, reuşind astfel să identifice tiparul de care aveau nevoie.

În cele din urmă, cercetătorii au folosit o tehnică, bazată pe două microfoane, pentru a determina frecvenţa din interiorul gâtului ceainicului.

Rezultatele au arătat că, dincolo de o anumită viteză a fluxului de aer, sunetul în sine este produs de mici vortexuri – vârtejuri -, care, la o anumită frecvenţă, pot produce acel zgomot.

Pe măsură ce aburul urcă spre gâtul ceainicului, el întâlneşte o gaură la capătul dispozitivului de fluierat, care este mult mai îngustă decât gâtul în sine.

Acest fapt contractă fluxul de abur care intră în dispozitivul de fluierat şi creează un jet de abur care trece prin el.

Jetul de abur este în mod natural instabil, la fel ca jetul de apă dintr-un furtun de grădină, care începe să se spargă în picături după ce a străbătut o anumită distanţă.

Ca urmare, până ce ajunge la capătul fluierului, jetul de abur nu mai este o coloană intactă, ci una uşor fracţionată.

Aceste fracţiuni nu pot să scape în mod continuu din fluier şi, atunci când se lovesc de al doilea zid al fluierului, formează un mic puls de presiune.

Acest puls determină aburul să formeze vortexuri la ieşirea din fluier. Aceste vortexuri produc unde sonore, generând sunetul specific care anunţă că ceaiul este gata.

Henrywood şi Agarwal au explicat, de asemenea, motivul pentru care acest efect generează un fluierat, nu un alt zgomot, arătând că mecanismul este similar cu cel dintr-o orgă sau dintr-un flaut.

O frecvenţă specifică domină celelalte unde sonore, întrucât nota muzicală, înaltă sau joasă, este determinată de mărimea şi de forma deschizăturii şi de lungimea gâtului ceainicului. Cu cât gâtul este mai lung, cu atât nota va fi mai joasă.

Cei doi cercetători britanici lucrează în prezent la un proiect prin care doresc să construiască un uscător de mâini ultra rapid şi silenţios, analizând felul în care jetul de aer emis de aceste aparate generează zgomote.

Studiul despre fluieratul ceainicelor a fost publicat în numărul din luna octombrie al revistei The Physics Of Fluids.

Surse: Mediafax, Daily Mail