一滴一滴……水龙头滴水的科学

事实证明，滴水龙头发出这种声音背后的科学原理比我们最初想象的要复杂得多。本周，剑桥大学的科学家们已经解开了滴水发出这种声音的原因之谜。克里斯·史密斯采访了工程师阿努拉格·阿加瓦尔，以了解他究竟为什么开始研究水龙头滴水的声音。

阿努拉格:我去巴西拜访一个朋友，当时正值雨季，雨下得很大。我住的卧室有一个小漏洞，我的朋友在下面放了一个桶，就像人们通常做的那样来收集水。一开始一切都很好，但大约半个小时后，我开始听到令人讨厌的叮当声，就像你听到水槽里水龙头滴水的声音一样。

所以一开始这很烦人，让我睡不着，但很快我就好奇了。我想知道它为什么发出这么大的声音。

Chris -关键是，为什么声音变了。当碗空的时候，你听不到声音，然后当它里面的水达到一个临界值时，它开始发出你听到的叮当声。

阿努拉格-是的。

Chris -所以你内心的物理学家和工程师说我必须设计一个实验来解决这个问题?

阿努拉格-没错。我们在广告上说这是一个本科生项目，我们找了一个聪明的学生萨姆来做这个项目。

克里斯:你带来了一个样品:碗，水，注射器。你打算拿他们怎么办?

阿努拉格-是的，我在这儿。我有一个装满水的碗，我有一个装满水的注射器，我要做的是挤压这个注射器，把水滴释放到这个装满水的碗里。

克里斯:在你下水之前，你说过你在巴西的卧室里，当碗是空的时候，没有声音，所以我们最好先测试一下。

阿努拉格——我这里有一个空碗，如果我把注射器挤进去，我正要这么做，第一滴水就要下来了……

克里斯-对。我们在认真听。

Anurage -命中，第二次降落....第三滴，第四滴。如你所见，这里非常安静。

克里斯-不，我什么都听不见。

克里斯-好的。实验证明。我相信你。然后碗就满了。

Anurag——现在碗满了，我要再做一次同样的事情。我现在在挤。首次下降……

克里斯-是的。我确实听到了噪音。我能请你做点什么吗因为你在一点点地滴，滴，滴。如果你用更快的水流会发生什么?

Anurag -如果我这么做…

克里斯-这就不一样了。这是响亮。这是同样的事情，只是重复了很多次，所以听起来更响亮，还是有其他令人兴奋的事情发生?

阿努拉格的机制是不同的。我们刚刚完成了这项研究，马上就要发表了。

克里斯-啊。所以你不打算泄露秘密?

阿努拉格:不。你得再邀请我一次。

Chris:那你是怎么建立模型的?为了弄清楚到底发生了什么。

阿努拉格-这是一件有趣的事情。当水滴落在坚硬的表面上时，它几乎不会发出声音，但同时，当水滴落在柔软的表面上时，它会发出很多声音，一种令人讨厌的声音。这是违反直觉的。

当水滴落在柔软的表面，比如水面上时，由于水滴的质量，水面会塌陷。

克里斯:啊，你的意思是实际的表面在下落的动量下下沉了一点?

阿努拉格-没错。然后发生的是这个形成的空腔想要关闭因为在表面张力下水想要回到原来的水平。但它的速度非常快，在这个过程中，它在下面困住了一个气泡。这个气泡以5000赫兹的频率振荡或脉动，也就是每秒5000次，这就是我们听到的声音的来源。

Chris -它正好在语音频率的中间所以我们对它很感兴趣。

阿努拉格-实际上它在烦人的语音频率中间，在1千赫兹到5千赫兹之间。另一个例子是婴儿的哭声也是这个频率。

Chris:你已经发现了它是如何工作的，这是非常优雅的，但是你能推断它并对模型做一些有用的事情吗?

我们可以用这个模型做的一件事是预测海洋上的降雨量。因为一旦我们知道我们测量的频率，我们就可以知道雨滴的大小，并从中我们可以估计降雨量。

克里斯:那又怎样，你会把一个水听器——一种在水下的麦克风——来听雨落在海面上的声音吗?

阿努拉格-没错。这就是我们要做的。

克里斯:你怎么分辨雨落在哪里?因为水会将振动从各处传递到一个大的区域，小的区域。你如何解决所有这些问题?

Anurag -定位是困难的，但我们可以告诉总降雨量，所以我们可以做一个总和的降雨量。

Chris -原谅我的无知，但这是海洋科学家和水文学家面临的一个大问题吗?他们试图计算出海上的降雨量是多少?因为如果没有人来衡量它，那就有点像“谁在乎”的情况，不是吗?

阿努拉格:嗯，如果你对一个季节的总降雨量感兴趣，通常我们会在某个地方的陆地上进行测量，那么这可能会很有趣。但这不是激励我们的原因。

克里斯:不，真的。除了让某人获得第一，还有其他的应用吗?

Anurag -这是今年最好的项目，所以学生很高兴。

克里斯-我一点都不惊讶。非常非常令人兴奋。

Anurag -但是还有一个应用是合成声音。要合成这些声音是非常困难的。这是因为你可能会认为大部分声音来自水滴落在水面上的最初冲击，但从我所说的来看，事实并非如此。最初的冲击是完全无声的。只有当你把这个气泡困在下面时，也就是在最初撞击的几毫秒后，你才会听到声音。

克里斯:这是否意味着人造雨滴的声音很难制造?

阿努拉格:是的，因为到目前为止人们还不知道怎么做。

克里斯-他们做错了吗?

Anurage -是的。

克里斯-所以你能解决这个问题?

Anurage -是的。

克里斯-那么我们可以期待好莱坞电影和动画片中人造降雨的声音更好吗?

阿努拉格-哦，是的。绝对的。

克里斯-你授权了吗?你保护了这个吗，还是每个人都能读到你的论文然后把它撕下来?

阿努拉格-我认为这很简单。