“滴答”“滴答”，學(xué)問(wèn)很大

張濤

下雨時(shí)，水滴落到裝滿雨水的水缸或水桶時(shí)發(fā)出的聲音，想必大家再熟悉不過(guò)了。為什么水滴落入水中時(shí)的聲音如此響亮，而滴落到地面時(shí)卻幾乎聽(tīng)不到？其實(shí)早在1908年，科學(xué)家就開(kāi)始了研究，但一直沒(méi)有令人滿意的研究結(jié)果。幸運(yùn)的是，2018年，研究人員有了更精良的裝備來(lái)解答這一問(wèn)題。

這套裝備包括每秒能拍攝75000張圖像的超高速相機(jī)（一部高性能的智能手機(jī)每秒僅能拍攝不到1000張照片），以及一個(gè)高靈敏度的音頻設(shè)備。研究人員將這一套高科技設(shè)備固定在一個(gè)再簡(jiǎn)單不過(guò)的實(shí)驗(yàn)裝置——一個(gè)裝滿水的水槽周圍，水槽上方還有一個(gè)正在滴水的水龍頭。隨后，他們進(jìn)行了觀察和記錄。一切變得一目了然！水滴落下來(lái)時(shí)，可并非因?yàn)樽矒舳l(fā)出“滴答”聲。換言之，傳遞給周圍空氣的聲音，并非源自水滴和水槽中水的碰撞！

碰撞是在無(wú)聲中進(jìn)行的，“滴答”聲的產(chǎn)生則是由于當(dāng)水滴即將到達(dá)水槽的表面時(shí)，沖擊正在回彈的空氣，使得一個(gè)氣泡空腔出現(xiàn)。空腔會(huì)振動(dòng)，其形狀在幾微秒內(nèi)不斷變化。而振動(dòng)在水中擴(kuò)散，使最靠近氣泡的水面開(kāi)始振動(dòng)。水面就像揚(yáng)聲器的音膜，將自身振動(dòng)傳遞給周圍空氣。于是，振動(dòng)的空氣產(chǎn)生了聲音。沒(méi)錯(cuò)，就是在這一刻，麥克風(fēng)記錄下了聲音。研究人員由此得出結(jié)論：水龍頭的滴水聲并不是水滴造成的，而是氣泡在作祟。

那么，該如何消除滴水聲呢？研究人員找到了解決方案：在水槽中加入幾滴洗潔精即可。借助超高速相機(jī)，他們觀察到，在加入洗潔精后，空腔回彈時(shí)就不會(huì)留下小氣泡。為什么呢？這個(gè)問(wèn)題解釋起來(lái)有些復(fù)雜，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是因?yàn)橄礉嵕募尤虢档土怂娴膹椥裕沟每涨换貜棔r(shí)沒(méi)有形成造成空氣滯留的狹窄部分。

（摘自《科學(xué)大眾·中學(xué)生》2019年第12期，劉昌海圖）