Γιατί το νερό είναι πιο δυνατό λίγο πριν βράσει;

Υπάρχουν τρεις κύριες πηγές ήχου όταν βράζει το νερό:πυρήνωση, σπηλαίωση και έκρηξη επιφάνειας. Το σκάσιμο των φυσαλίδων ονομάζεται σπηλαίωση και είναι το πιο δυνατό βήμα στη διαδικασία.

Το μαγείρεμα περιλαμβάνει πάντα το βράσιμο του νερού, καθώς είναι αναπόσπαστο μέρος του μαγειρέματος. Βάζετε νερό σε ένα δοχείο, το κρατάτε στη σόμπα και το σκεπάζετε (για μέγιστη αξιοποίηση της θερμικής ενέργειας). Ωστόσο, όταν το νερό αρχίζει να κάνει θόρυβο και το κάλυμμα αρχίζει να τρέμει, ξέρετε ότι το νερό έχει βράσει με επιτυχία! Μετά παίρνετε το βρασμένο νερό και κάνετε ό,τι χρειάζεστε για τη συνταγή… αλλά ΠΕΡΙΜΕΝΕΤΕ! Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί το νερό είναι πιο δυνατό λίγο πριν βράσει;

Βραστό νερό

Αν παρατηρήσετε προσεκτικά το νερό ενώ βράζει, θα παρατηρήσετε ότι όταν αρχίσετε να βράζετε, υπάρχει ελάχιστος έως καθόλου θόρυβος, αλλά καθώς η θέρμανση συνεχίζεται και η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς, ο θόρυβος γίνεται πιο ευδιάκριτος. Συνεχίζει να δυναμώνει, μαζί με την αύξηση της θερμοκρασίας. Θα ακούσετε τον περισσότερο θόρυβο τις στιγμές ακριβώς πριν φτάσει σε βρασμό.

Νερό που βράζει σε γυάλινη κατσαρόλα. Credit:Roman Sigaev/Fotolia

Ίσως γνωρίζετε ότι το σημείο βρασμού του νερού είναι 100oC. Φτάνοντας στο σημείο βρασμού, αν και το νερό είναι ορατά πιο αναδευόμενο, ο ήχος είναι πλέον συγκρατημένος. Αυτό έχει αφήσει πολλούς geeks (όπως εμείς) και ερευνητές μπερδεμένους με αυτό το παράξενο φαινόμενο.

Κίνητρο για τη μελέτη αυτού του θορύβου

Εάν δεν είχατε ποτέ περιέργεια για αυτό το φαινόμενο, θα πρέπει να γνωρίζετε ότι η επιστήμη πίσω από αυτό έχει μερικές πιο σημαντικές προεκτάσεις. Αν το καταλαβαίναμε, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί θα μπορούσαν ενδεχομένως να αναπτύξουν ένα σύστημα για να απομονώνουν και να σταματήσουν αυτόν τον ήχο σφυρίσματος, όχι μόνο όταν βράζει νερό, αλλά και για να ελαχιστοποιούν ή να ακυρώνουν τα ενοχλητικά σφυρίγματα που μερικές φορές προέρχονται από αυτοκίνητα, συνήθως όταν ο αέρας παγιδεύεται στα καυσαέρια. ενός οχήματος.

Ο Ross Henrywood, ερευνητής από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, υποστηρίζει ότι μόλις μάθουμε από πού προέρχεται ο θόρυβος και κατανοήσουμε την αιτία του, μπορούμε να ανασχεδιάσουμε τα συστήματα ώστε να απαλλαγούμε από αυτό το σφύριγμα.

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούν να αποκωδικοποιήσουν την επιστήμη πίσω από τον ήχο του σφυρίσματος που προέρχεται από το ζεστό νερό ακριβώς πριν βράσει. Αυτό είναι εμφανές από την παρατήρηση του John William Strut στο βιβλίο του Theory of Sound, όπου σημείωσε, «πολλά παραμένουν ασαφή όσον αφορά τον τρόπο με τον οποίο διεγείρονται οι δονήσεις». Ευτυχώς, χάρη στην τεχνολογική πρόοδο με τα χρόνια και την έλευση των καμερών υψηλής ταχύτητας, οι ερευνητές έχουν επιτέλους αποκαλύψει το μυστήριο.

Βασικά, υπάρχουν τρεις κύριες πηγές ήχου όταν βράζει το νερό:πυρήνωση , σπηλαίωση και έκρηξη επιφάνειας . Ας δούμε τις λεπτομέρειες του καθενός.

Πυρήνωση

Για να κατανοήσουν την αιτία αυτού του σφυριστικού ήχου, οι ερευνητές έβρασαν νερό σε ένα βραστήρα και παρατήρησαν τις σταγόνες νερού από κοντά χρησιμοποιώντας μια κάμερα υψηλής ταχύτητας. Τώρα, μια κανονική βιντεοκάμερα καταγράφει γενικά βίντεο στην περιοχή των 30-60 καρέ ανά δευτερόλεπτο, αλλά με μια καλή βιομηχανικής ποιότητας κάμερα υψηλής ταχύτητας, οι ερευνητές μπορούν να τραβήξουν 15.000-30.000 καρέ ανά δευτερόλεπτο, κάτι που τους βοήθησε να κατανοήσουν και να θεωρητικοποιήσουν αυτό. φαινόμενο πολύ καλύτερο.

Phantom v341:μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή υψηλής ταχύτητας (Photo Credit :Mhoistion/Wikimedia Commons)

Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι ο πρώτος που συμβάλλει στον θόρυβο οφείλεται στις φυσαλίδες αέρα που έχουν παγιδευτεί στο νερό. Όταν το νερό θερμαίνεται, ο αέρας που διαλύεται στο νερό σχηματίζει φυσαλίδες στο κάτω μέρος του δοχείου. Η διαλυτότητα των μη πολικών αερίων, όπως το οξυγόνο και το άζωτο, μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Καθώς το νερό θερμαίνεται, αυτό το διαλυμένο αέριο αρχίζει να μετατρέπεται σε φυσαλίδες αέρα. Αφού αποκτήσουν ένα συγκεκριμένο μέγεθος, αυτές οι φυσαλίδες απελευθερώνονται από το κάτω μέρος και σκαρφαλώνουν στο επάνω στρώμα νερού στο δοχείο. Αυτό ονομάζεται πυρήνωση. Έτσι, ο πρώτος παράγοντας στον ήχο που ακούτε ενώ βράζει νερό προέρχεται από αυτές τις φυσαλίδες, δηλαδή όταν δημιουργούνται στο κάτω μέρος.

Χωρίς κάμερα υψηλής ταχύτητας, αν κοιτάξετε προσεκτικά το εσωτερικό του βραστήρα, μπορείτε να δείτε τις μικρές φυσαλίδες να σχηματίζονται στο κάτω μέρος του βραστήρα. Από την άποψη της έντασης, αυτός ο ήχος είναι γενικά χαμηλός—στη συχνότητα περίπου 100Hz. Ο δυνατός θόρυβος σφυρίσματος οφείλεται κυρίως στη σπηλαίωση, η οποία εξηγείται παρακάτω.

Cavitation

Καθώς η θερμοκρασία στο βραστήρα συνεχίζει να αυξάνεται, αυτές οι νεοσχηματισμένες φυσαλίδες προσπαθούν να ανέβουν μέσα από τα στρώματα νερού από πάνω του. Αυτά τα στρώματα είναι σχετικά πιο δροσερά από το στρώμα στο κάτω μέρος.

Καθώς η φυσαλίδα προσπαθεί να κινηθεί προς τα πάνω, περνώντας στο ψυχρότερο στρώμα νερού (κάτω από 100oC), χάνει αρκετή ενέργεια στη διαδικασία. Αρχίζει να καταρρέει πριν φτάσει στην επιφάνεια της κατσαρόλας ή του βραστήρα. Αυτό συμβαίνει πολλές χιλιάδες φορές και η κατάρρευση είναι αρκετά βίαιη. Όταν οι φυσαλίδες καταρρέουν και σκάνε, δημιουργούν ισχυρά κρουστικά κύματα που δημιουργούν τον δυνατό θόρυβο σφυρίσματος. Καθώς οι φυσαλίδες σκάνε, αφήνουν μια κοιλότητα και το νερό γύρω από την κοιλότητα χτυπά μέσα του καθώς βιάζεται να γεμίσει τον χώρο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σπηλαίωση και είναι αρκετά θορυβώδες.

Surface-popping

Όταν η θερμοκρασία πλησιάζει τους 100oC, αυτές οι φυσαλίδες αποκτούν αρκετή ενέργεια—φτάνοντας στην επιφάνεια, όπου σκάνε, αν και απαλά. Το επίπεδο θορύβου σε αυτή τη συγκυρία μειώνεται. Αυτό το βήμα ονομάζεται σκάσιμο επιφάνειας. Τελικά, όταν όλος ο ατμός φτάσει στην κορυφή, ο θόρυβος σταματάει τελείως, γι' αυτό και μόλις βράσει το νερό, γίνεται ήσυχο!

Αυτός ο απροσδόκητος θόρυβος Ο βρασμός του νερού είναι ένα από εκείνα τα καθημερινά φαινόμενα που παρατηρούμε συνεχώς, αλλά μετά βίας κάνουμε μια δεύτερη σκέψη. Έτσι, την επόμενη φορά που θα είστε απασχολημένοι με κάτι εντελώς διαφορετικό από το μαγείρεμα στο δωμάτιο δίπλα στην κουζίνα, ακούστε αυτό το ηχητικό σήμα από τη φύση για να προσδιορίσετε αν το νερό πρόκειται να βράσει. Αποθηκεύστε τον εαυτό σας από μια βόλτα της τελευταίας στιγμής στην κουζίνα για να κλείσετε τη σόμπα και να αποφύγετε μια υπερχείλιση κατσαρόλα!