Misterul cupei de cafea

Când preparați cafea instantanee, cei mai nerăbdători ar fi putut observa că atunci când încep să atingă cana, sunetul rezultat devine din ce în ce mai puternic. De ce?

astfel încât

Fenomenul a fost explicat în 1982 de fizicianul Frank S. Crawford, pe a cărui muncă a fost construită ulterior o metodă serioasă de chimie analitică. Crawford a numit pur și simplu cântatul canilor un „efect de ciocolată fierbinte”, indiferent dacă nu a fost nevoie nici de ciocolată, nici de căldură pentru a o produce, el însuși a experimentat soluția. Dacă vrei să rezolvi singur misterul, încetează să citești aici, urmează spoilerul.

Ceașca în sine bate puternic, deoarece înălțimea cafelei determină o lungime de undă la care se formează un val staționar, deci va rezona puternic și va emite un sunet bun. Pentru oricine a cântat vreodată la flaut, fenomenul nu este nou: cu cât prindem mai puține găuri pe instrument, cu atât este mai scurt tubul unde se poate forma valul staționar. Datorită coloanei de aer de scurtare, frecvența sunetului este din ce în ce mai mare, deci este posibil să se obțină de la C inferioară cu o octavă mai mare, care necesită exact o jumătate de conductă.

Viteza de propagare este importantă

Același lucru se întâmplă atunci când un flautist amator suflă peste gura unei sticle de bere. Pe măsură ce băutura se epuizează, există din ce în ce mai puțin lichid în sticlă, astfel încât coloana de aer de deasupra ei devine din ce în ce mai mare, lungimea de undă crește și sunetul se adâncește la fiecare înghițitură. Ceașca de cafea, pe de altă parte, poate parcurge până la trei octave de sunet după câteva secunde de atingere.

Dacă nu stropim o cantitate semnificativă de cafea, bătaia nu schimbă cu adevărat înălțimea coloanei de lichid, deci nu duce la o soluție. Secretul este de fapt despre viteza cu care se propagă undele. Viteza unei unde sonore depinde atât de densitatea, cât și de compresibilitatea (coeficientul de elasticitate) al lichidului.

Dacă amestecați, ceașca de cafea va suna din nou adânc

Este bine cunoscut faptul că apa este incompresibilă, cu o bună aproximare. Aerul, pe de altă parte, nu este, coeficientul său de elasticitate este de cincisprezece mii de ori mai mare, deci poate modifica semnificativ rata de propagare comună chiar și în cantități mici. Când cafeaua instantanee este amestecată în apă, se adaugă, de asemenea, o mulțime de bule de aer la băutură, care rămân pe cafea și boabele de zahăr pentru o vreme. Jogging-ul, pe de altă parte, aduce bulele înapoi la suprafață și în cele din urmă aerul pleacă. Din moment ce lungimea de undă a sunetului, adică „înălțimea” cafelei, este dată, frecvența, adică tonul, trebuie să crească până când toate bulele au scăpat din cană.

Procesul de eliminare a bulelor de aer crește astfel treptat viteza de propagare a sunetului în cafea, astfel încât tonul sunetului de lovire crește și el. Putem reporni procesul amestecând din nou, deoarece mai multe bule de aer s-au sufocat în cafea.