熱巧克力效應
編輯熱巧克力效應是一種波動力學現象,在加入可溶性粉末后,敲擊一杯熱液體時聽到的音高會升高。 它于 1980 年由勞倫斯伯克利實驗室的弗蘭克克勞福德首次記錄。 它最初是在制作熱巧克力或速溶咖啡時觀察到的,但也發生在其他情況下,例如向過飽和熱水或冰啤酒中添加鹽。 最近的研究發現更多的物質會產生這種效果,即使在最初未過飽和的液體中也是如此。 人們認為會發生這種效果,因為在初始攪拌時,夾帶的氣泡會降低液體中的聲速,從而降低頻率。 當氣泡清除時,聲音在液體中傳播得更快并且頻率增加。
將熱牛奶或熱水倒入杯子中,加入巧克力粉攪拌,然后用勺子輕敲杯子底部,即可觀察效果。 絲錐的間距將逐漸增加,與攻絲的速度或力量無關。 隨后攪拌相同的溶液(不添加更多巧克力粉)將再次逐漸降低間距,然后再次增加。 這個過程可以重復多次,直到達到平衡。 音樂效果可以通過改變攪拌動作的強度和時間以及敲擊動作的時間來實現。
現象的起源
編輯這種現象可以用氣泡密度對液體中聲速的影響來解釋。 聽到的音符是駐波的頻率,其中四分之一波長是杯子底部和液體表面之間的距離。 該頻率 f 等于波速 v 除以水柱高度 h 的四倍:
f = 1 4 v h {\displaystyle f={\frac {1}{4}}{\frac {v}{h}}}
根據牛頓定律,均質液體或氣體中的聲速 v 取決于流體的質量密度 ( ρ {\displaystyle \rho } ) 和絕熱體積模量 ( K {\displaystyle K} ) -拉普拉斯公式:
v = K ρ {\displaystyle v={\sqrt {\frac {K}{\rho }}}}
水的密度大約是空氣的 800 倍,空氣的可壓縮性大約是水的 15,000 倍。 (壓縮率是體積模量 K {\displaystyle K} 的倒數。)當水充滿氣泡時,流體的密度仍然非常接近水的密度,但壓縮率將是 空氣。 這xxx降低了液體中的聲速。 對于給定體積的流體,波長是恒定的; 因此,只要存在氣泡,聲音的頻率(音調)就會降低。
不同的氣泡形成速率將產生不同的聲學剖面,從而區分添加的溶質。
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