حل معمای 100 ساله سوت زدن کتری جوشان!

محققان دانشگاه کمبریج موفق به حل یک معمای 100 ساله در خصوص دلیل سوت‌زدن کتری شدند.

به گزارش ایسنا، این دانشمندان هم‌اکنون می‌توانند به مهندسان در متوقف‌کردن سوت‌زدن ناخواسته و نامطلوب ماهیت مشابه لوله‌کشی خانگی یا اگزوزهای آسیب‌دیده خودرو کمک کنند.

سوت‌زدن می‌تواند در تمامی انواع موقعیت‌ها و هر ساختاری که شامل جریان هوای مشابه حالت سوت‌زدن کتری باشد، رخ دهد.

لوله‌های درون یک ساختمان مثالی بارز از این دست است و اثرات مشابه نیز در درون سیستم‌های اگزوز وسایط نقلیه آسیب‌دیده مشاهده می‌شود و با درک منشا این سوت می‌توان از چنین شرایط ناخوشایندی رهایی یافت.

دکتر آنوراگ آگاروال به همراه راس هنری‌وود نشان دادند چگونه صوت هنگام بالاآمدن جریان بخار از لوله ایجاد می‌شود.

آن‌ها دو مکانیسم جداگانه را کشف کردند که نه تنها صدا ایجاد می‌کنند، بلکه به طور خاصی موجب سوت‌زدن کتری و نه تولید صدایی می‌شود که در دیگر آیتم‌های خانگی از قبیل سشوار رخ می‌دهد.

سوت کتری شامل دو پلیت (صفحه) است که به یکدیگر چسبیده‌اند و حفره‌ای را شکل می‌دهند. هر دوی این صفحات دارای روزنه‌هایی در وسط هستند که به بخار امکان عبور می‌دهد.

گرچه صدای یک کتری توسط تغییرات ایجادشده در شکل‌گیری بخاری که در تلاش برای فرار است، ایجاد می‌شود، دانشمندان دهه‌ها در تلاش برای درک فرایند شکل‌گیری این صوت بوده‌اند.

هنری‌وود و آگاروال فعالیت خود را با ایجاد مجموعه‌ای از سوت‌های کتری ساده‌شده با سرعت‌های مختلف آغاز کردند و صدای تولیدشده را ضبط می‌کردند.

این امر به آن‌ها امکان طراحی فرکانس و بزرگی صدا را می‌داد و داده‌های تحلیل‌شده نیز امکان شناسایی مسیرها را فراهم می‌کرد.

در نهایت، این محققان از تکنیک دو میکروفون برای تعیین فرکانس داخل لوله استفاده کردند.

نتایج نشان داد که بالاتر از سرعت جریان خاص، خود صدا توسط حفره‌های کوچک (نواحی دارای جریان در حال چرخش) تولید می‌شود که در فرکانس‌های خاص می‌تواند صوت تولید کند.

زمانی که بخار از لوله کتری بالا می‌آید، با حفره‌ای در آغاز صوت روبرو می‌شود که از خود لوله بسیار باریک‌تر است. این امر جریان بخار را هنگام ورود به فرایند سوت منقبض کرده و جتی از بخار خلق می‌کند که از خلال آن عبور می‌کند.

این جت بخار ماهیتا مانند جت آب ناشی از یک شیلنگ باغبانی که پس از طی مسافت خاص به قطرات کوچکی می‌شکند، بی‌ثبات است. در نتیجه، زمانی که جت به انتهای سوت می‌رسد، جت بخار دیگر ستون خالص نیست بلکه اندکی دچار اختلال شده است.

این بی‌ثباتی‌ها نمی‌تواند به طور کامل از ناحیه سوت فرار کند و زمانی که به دومین دیواره سوت برخورد می‌کنند، پالس فشار کوچکی را ایجاد می‌کنند.

این پالس موجب می‌شود بخار روزنه‌هایی را هنگام خروج از سوت شکل داده و این روزنه‌ها امواج صوتی را تولید می‌کنند.

هنری‌وود و آگارول همچنین توضیح می‌دهند که چرا این اثر، سوت و نه صدای دیگری را ایجاد می‌کند. علاوه بر این، آن‌ها نشان می‌دهند این مکانیسم به فرایند مشاهده‌شده در پیپ یا فلوت شباهت دارد.

بر اساس توضیحات ارائه‌شده، طی فرایندهای ایجاد صدا، یک فرکانس خاص در میان امواج صوتی غالب می‌شود، زیرا نت صدا توسط اندازه، شکل ورودی و طول لوله تعیین می‌شود و هرچه لوله طولانی‌تر باشد، نت پایین‌تر خواهد بود.

هنری‌وود و آگارول هم‌اکنون در حال مطالعه پروژه‌ای برای تولید دست‌خشک‌کن‌های با سرعت بالا و آرام‌تر هستند و بدین منظور چگونگی تولید صوت توسط جت هوای آزادشده این ابزار را بررسی می‌کنند.

جزئیات این مطالعه در The Physics Of Fluids منتشر شد.