Британські фізики уточнили джерело характерного звуку, який супроводжує падіння крапель на водну поверхню. В результаті першого детального дослідження цього процесу за допомогою високошвидкісного запису відео і звуку вчені з'ясували, джерелом звуку, як і передбачалося, стали резонансні коливання поверхні, що потрапляє у воду повітряного міхура, проте механізм поширення звукової хвилі виявився трохи відмінним від запропонованого раніше, пишуть вчені в.
Зіткнення крапель води з рідкою поверхнею - досить складний фізичний процес, цікавий як для теоретичного, так і для експериментального вивчення. Спочатку при падінні краплі на поверхні утворюється повітряна кишеня, іноді супроводжувана формуванням рідкої плівки і деякої кількості бризок. Після цього повітряна вирва поступово схлопується, а пузир газу, що утворився при цьому, продовжує свій рух у рідині. Кількість бризок, розмір і форма повітряних порожнин протягом цього процесу залежать, в першу чергу, від в'язкості, швидкості і кількості падаючих крапель. Нещодавно американські вчені навіть ввели для визначення форми повітряних бульбашок новий безрозмірний параметр - число матрьошки (відношення часу схлопування повітряної порожнини до частоти падіння крапель на поверхню).
Група британських фізиків з Кембриджського університету під керівництвом Пітера Джордана (Peter Jordan) вирішила не тільки подивитися на те, що відбувається з краплями при зіткненні з поверхнею рідини, але і уважно послухати супроводжуючі це зіткнення звуки. Крапля при падінні виробляє характерний дзвінкий капаючий звук, який чітко можна чути, наприклад, якщо у вас злегка протікає кран на кухні і з нього по краплях падає вода. Проблему визначення джерела цього звуку фізики намагаються вирішити вже практично ціле століття, проте більшість робіт були в першу чергу теоретичними і підкріплювалися лише грубими експериментальними спостереженнями. З достатньою точністю провести експериментальне дослідження вченим вдалося тільки зараз завдяки розвитку техніки високошвидкісного запису відео і звуку.
У своїй роботі вчені використовували два типи мікрофонів - надводний і підводний, а процес зміни форми поверхні рідини знімали з декількох різних ракурсів з частотою запису 30 тисяч кадрів на секунду. Крапля діаметром 4 міліметри падала на водну поверхню зі швидкістю 1,29 метра в секунду, в результаті чого на поверхні формувалася газова порожнина, від якої потім відривався невеликий бульбашка повітря і продовжував рухатися вниз.
Виявилося, що звучати ця система починала рівно в той момент, коли відбувався відрив бульбашки повітря від водної поверхні. Після цього звук тривав протягом декількох мілісекунд і поступово загасав, коли бульбашка віддалялася від поверхні на достатню відстань, а форма його поверхні практично переставала коливатися.
Зроблені спостереження підтверджують висувалися раніше гіпотези про те, що джерелом дзвінкого капаючого звуку при падінні краплі стає резонансне коливання поверхні газової бульбашки, що утворився в рідині. Отримані дані про частоту звукового сигналу, записаного за допомогою обох мікрофонів, вчені порівняли з даними теоретичної моделі. Незважаючи на якісну згоду експериментальних даних з теоретичними, відмінності виявилися досить помітними і в деяких випадках досягали 40 відсотків.
За словами вчених, ця відмінність пов'язана з неврахованою взаємодією між коливаннями поверхні бульбашки і коливаннями поверхні порожнини безпосередньо над ним. Якщо раніше вважалося, що джерелом звукової хвилі служать тільки коливання поверхні бульбашки, хвиля від яких поширюється крізь воду і потрапляє в повітря через невідшкодовану міжфазну поверхню вода-повітря, то зараз вчені запропонували схожий, але трохи відмінний механізм. Коли бульбашка тільки утворилася, коливання її поверхні викликають коливання тієї ж частоти на поверхні повітряної порожнини, від якої він відірвався. Це відбувається в результаті потоків незтискуваної рідини в тонкому зазорі між двома поверхнями. Як тільки бульбашка віддаляється на достатню відстань, передача коливань припиняється.
Запропоновану гіпотезу фізики описали теоретично і показали, що запропонований механізм дійсно дозволяє більш точно описати отримані експериментальні дані. За словами авторів роботи, вперше проведене експериментальне дослідження механізму виникнення звуку капанія може бути надалі використано для поліпшення систем визначення сили зливи, а також для більш достовірного озвучування дощу у фільмах або комп'ютерних іграх.
Інша цікава для вивчення схожа ситуація - падіння крапель не на рідку, а на тверду поверхню. У цьому випадку не відбувається утворення бульбашок повітря, зате при сплеску утворюється плівка незвичайної форми. Ця форма залежить від швидкості і розміру краплі, а також - від механічних властивостей твердої поверхні та її геометрії. Наприклад, нещодавно британські фізики показали, що при зіткненні краплі з твердою кулькою відбувається утворення конусоподібної плівки, форма і розмір якої залежать тільки від швидкості і відносного розміру краплі. Потім за рахунок відмінностей у товщині подібна плівка розпадається на окремі краплі, розмір і форма яких визначаються властивостями рідини і пружними характеристиками поверхні.