3.51. Шум закипающей воды

Поставьте кастрюлю с водой на кухонную плиту, придвиньте к плите стул и прислушивайтесь к звукам, издаваемым водой. Одновременно наблюдайте за тем, что происходит внутри кастрюли. Звуки эти настолько привычны, что мы их не замечаем, но безошибочно можем по ним определить момент, когда вода закипит. Что вызывает эти звуки?

ОТВЕТ • При нагревании воды сначала вы слышите прерывистое шипение, оно становится все громче и громче и наконец превращается в постоянное. Этот звук издают воздушные пузырьки, которые при повышении температуры образуются в трещинах (царапинах) на дне чайника или кастрюли из растворенного в воде воздуха. Пузырек растет и по мере роста колеблется, отчего через воду и стенки чайника идут звуковые волны. Шипение — это как раз суммарный звук, испускаемый всеми пузырьками. Когда пузырьки становятся достаточно большими, подъемная сила выталкивает их на поверхность, и они там лопаются, издавая слабые хлопки.

Когда температура еще повысится и большая часть растворенного воздуха уже уйдет из воды и превратится в пузырьки, шипение затихает, но появляются другие — резкие звуки. Вода начинает закипать начиная со дна, и в трещинах образуются пузырьки пара. Но звук, который мы слышим, вызван не образованием пузырьков пара и даже не их колебаниями, а их схлопыванием. Когда пузырьки схлопываются, пар опять растворяется в воде, и она мгновенно устремляется в места, прежде занятые пузырьками. И тогда раздается щелчок, который распространяется через воду и стенки кастрюли дальше в воздух. Этот звук мы и слышим.

Когда вода нагреется еще сильнее, пузырьки пара становятся настолько большими, что могут оторваться ото дна. Однако до поверхности они не доплывают: когда они поднимаются с очень горячего дна и попадают в более холодные слои воды, они схлопываются, издавая при этом резкие звуки, похожие на щелчки. Эти звуковые волны могут вызвать резонанс в столбе воздуха (находящемся между поверхностью воды и крышкой чайника), в объеме воды и в стенках чайника. Это означает, что звуковые волны усиливают друг друга, и в этих трех резонаторах образуются волны большой мощности, посылающие звук в окружающее пространство, который мы и слышим. Сочетание щелчков и звуков на резонансных частотах и образует те характерные звуки, слыша которые мы понимаем, что вода вот-вот закипит.

Если вода продолжит нагреваться и температура верхних слоев повысится, пузырьки в конце концов смогут всплыть на поверхность, не схлопываясь по дороге. И уже на поверхности они лопнут, издав слабый звук, похожий на шлепок. Когда прежние резкие щелчки заменяются на слабые шлепки — это сигнал того, что вода полностью закипела (то есть кипение происходит во всем объеме). А это значит, что пора заваривать чай.