Giải mã bí ẩn 100 năm về ấm nước hú còi

Các nhà nghiên cứu rốt cuộc đã giải mã được lí do tại sao các ấm đun nước có còi lại hú khi sôi - một câu đố hóc búa đối với giới khoa học suốt hơn 100 năm qua.

Hai nhà nghiên cứu đến từ Đại học Cambridge (Anh) đã có thể mô tả cách âm thanh được tạo ra bên trong một ấm đun nước có còi khi luồng hơi bốc qua vòi ấm. Họ sau đó đã có thể chỉ ra 2 cơ chế riêng rẽ, không chỉ tạo ra âm thanh mà còn khiến ấm hú còi, thay vì hình thành tiếng ầm ĩ như luồng hơi tạo ra trong các sản phẩm gia dụng khác, chẳng hạn như máy sấy tóc.

Một chiếc còi cơ bản trong ấm đun nước bao gồm 2 tấm kim loại được đặt khít nhau, tạo thành một khoang trống. Cả 2 tấm kim loại đều có một lỗ hổng ở giữa, cho phép hơi nước đi xuyên qua.

Mặc dù âm thanh của ấm nước có còi được hiểu là do các dao động của hơi nước tích tụ, đang cố thoát ra ngoài tạo nên, nhưng giới khoa học đã nỗ lực tìm hiểu cơ chế chính xác của quá trình này.

Ảnh: online.wsj.com

Hai nhà nghiên cứu Ross Henrywood và Anurag Agarwal đến từ Đại học Cambridge đã bắt đầu bằng việc chế tạo hàng loạt chiếc còi được đơn giản hóa đôi chút, sau đó thử nghiệm chúng trong một thiết bị đo đạc để buộc không khí đi qua chúng với tốc độ khác nhau và ghi lại âm thanh chúng tạo ra.

Điều này cho phép họ sơ đồ hóa tần số và biên độ của âm thanh, sau đó phân tích những dữ liệu này để nhận diện các xu hướng.

Cuối cùng, họ sử dụng kỹ thuật hai micro để xác định tần số bên trong vòi ấm. Kết quả cho thấy, trên một tốc độ luồng chảy không khí nhất định, âm thanh được sản sinh ra từ các xoáy nhỏ (vùng luồng chảy xoáy tít).

Khi hơi nước bốc lên vòi ấm, nó gặp lỗ hổng ở phần đầu của chiếc còi, vốn hẹp hơn rất nhiều vòi ấm. Khu vực này thu nhỏ luồng hơi khi nó xâm nhập vào trong còi và tạo ra một vòi phun hơi đi xuyên qua.

Vòi phun hơi vốn không bền vững, giống như vòi phun nước tưới cây, luôn bắt đầu bị vỡ vụn thành các giọt khi đi được một khoảng cách nhất định. Do vậy, khi tiếp cận phần cuối của còi, vòi phun hơi không còn là một khối nguyên, mà bị xáo trộn đôi chút. Những khối không ổn định này không thể thoát ra ngoài còi hoàn toàn và khi tiếp cận bức tường thứ hai của còi, chúng hình thành một xung áp lực nhỏ.

Xung áp lực sẽ khiến luồng hơi hình thành các xoáy khi thoát khỏi chiếc còi. Các xoáy sau đó sẽ tạo ra các sóng âm, dẫn tới việc hình thành tiếng còi hú.

Phát hiện của hai nhà nghiên cứu Henrywood và Agarwal được kỳ vọng có thể giúp các kỹ sư biết cách ngăn chặn tiếng động ầm ĩ, gây khó chịu phát sinh từ một cơ chế tương tự trong hệ thống ống nước của các hộ gia đình hoặc ống xả khí thải xe hơi độc hại.