Wetenschappers hebben het raadsel achter een van de meest herkenbare, en vervelend, huishoudelijke geluiden:de druppelende kraan. En cruciaal, ze hebben ook een eenvoudige oplossing gevonden om het te stoppen, die de meesten van ons al in onze keukens hebben.

Met behulp van ultrasnelle camera's en moderne technieken voor het vastleggen van audio, de onderzoekers, van de Universiteit van Cambridge, ontdekte dat de 'plink, plink'-geluid geproduceerd door een waterdruppel die een vloeistofoppervlak raakt, wordt niet veroorzaakt door de druppel zelf, maar door de trilling van een kleine luchtbel die onder het wateroppervlak opgesloten zit. De bel dwingt het wateroppervlak zelf te trillen, fungeert als een zuiger om het luchtgeluid aan te drijven.

In aanvulling, de onderzoekers ontdekten dat het veranderen van de oppervlaktespanning van het oppervlak, bijvoorbeeld door afwasmiddel toe te voegen, kan het geluid stoppen. De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

Ondanks het feit dat mensen al generaties lang wakker worden gehouden door het geluid van druppelend water uit een lekkende kraan of dak, de exacte bron van het geluid is tot nu toe niet bekend.

"Er is veel werk verzet aan de fysieke mechanica van een druppelende kraan, maar aan het geluid is niet veel gedaan, " zei Dr. Anurag Agarwal van Cambridge's Department of Engineering, die het onderzoek leidde. "Maar dankzij moderne video- en audiotechnologie, kunnen we eindelijk uitvinden waar het geluid precies vandaan komt, die ons kan helpen om het te stoppen."

Agarwal, die het Acoustics Lab leidt en een Fellow is van Emmanuel College, besloot eerst dit probleem te onderzoeken tijdens een bezoek aan een vriend die een klein lek in het dak van zijn huis had. Agarwal's onderzoek onderzoekt akoestiek en aerodynamica van de ruimtevaart, huishoudelijke apparaten en biomedische toepassingen. "Terwijl ik wakker werd gehouden door het geluid van water dat in een emmer onder het lek viel, Ik begon na te denken over dit probleem, " zei hij. "De volgende dag besprak ik het met mijn vriend en een andere bezoekende academicus, en we waren allemaal verrast dat niemand de vraag had beantwoord wat het geluid veroorzaakt."

Werken met Dr. Peter Jordan van de Universiteit van Poitiers, die een termijn in Cambridge doorbracht via een Fellowship van Emmanuel College, en laatstejaarsstudent Sam Phillips, Agarwal zette een experiment op om het probleem te onderzoeken. Hun opstelling maakte gebruik van een ultrasnelle camera, een microfoon en een hydrofoon om druppels op te nemen die in een watertank vallen.

Waterdruppels zijn al meer dan een eeuw een bron van wetenschappelijke nieuwsgierigheid:de vroegste foto's van druppelinslagen werden gepubliceerd in 1908, en sindsdien proberen wetenschappers de bron van het geluid te achterhalen.

De vloeistofmechanica van een waterdruppel die een vloeistofoppervlak raakt, is bekend:wanneer de druppel het oppervlak raakt, het veroorzaakt de vorming van een holte, die snel terugdeinst door de oppervlaktespanning van de vloeistof, resulterend in een stijgende vloeistofkolom. Omdat de holte zo snel terugdeinst na de inslag van de druppel, het zorgt ervoor dat een kleine luchtbel onder water vast komt te zitten.

Eerdere studies hebben geponeerd dat het 'plink'-geluid wordt veroorzaakt door de impact zelf, de resonantie van de holte, of het onderwatergeluidsveld dat zich door het wateroppervlak voortplant, maar hebben dit niet experimenteel kunnen bevestigen.

In hun experiment hebben vonden de Cambridge-onderzoekers dat enigszins contra-intuïtief, de eerste plons, de vorming van de holte, en de vloeistofstraal zijn allemaal effectief stil. De bron van het geluid is de ingesloten luchtbel.

"Met behulp van hogesnelheidscamera's en zeer gevoelige microfoons, we konden voor het eerst de oscillatie van de luchtbel direct waarnemen, waaruit blijkt dat de luchtbel de belangrijkste drijfveer is voor zowel het onderwatergeluid, en het kenmerkende 'plink'-geluid in de lucht, " zei Philips, wie is nu een Ph.D. student aan de faculteit Ingenieurswetenschappen. "Echter, het luchtgeluid is niet alleen het onderwatergeluidsveld dat zich naar het oppervlak verspreidt, zoals eerder werd gedacht."

Om de 'plink' significant te laten zijn, de ingesloten luchtbel moet zich dicht bij de bodem van de holte bevinden, veroorzaakt door de druppelimpact. De bel drijft vervolgens oscillaties van het wateroppervlak op de bodem van de holte aan, gedraagt ​​zich als een zuiger die geluidsgolven de lucht in drijft. Dit is een efficiënter mechanisme waarmee de onderwaterbel het geluidsveld in de lucht aandrijft dan eerder werd gesuggereerd.

Volgens de onderzoekers is terwijl de studie puur uit nieuwsgierigheid was gedreven, de resultaten kunnen worden gebruikt om efficiëntere manieren te ontwikkelen om regenval te meten of om een ​​overtuigend gesynthetiseerd geluid te ontwikkelen voor waterdruppels in games of films, die nog niet is bereikt.