Готуючи розчинну каву, більш нетерплячі можуть помітити, що коли вони починають постукувати по кружці, результуючий звук стає все голоснішим. Чому?
Це явище було пояснене в 1982 році фізиком Френком С. Кроуфордом, на роботі якого згодом був побудований серйозний метод аналітичної хімії. Кроуфорд просто називав спів гуртків «ефектом гарячого шоколаду», незалежно від того, що для його виробництва не потрібні ні шоколад, ні тепло, він сам експериментував із рішенням. Якщо ви хочете розгадати таємницю самостійно, припиніть читати тут, далі йде спойлер.
Сама чашка голосно стукає, оскільки висота кави визначає довжину хвилі, на якій утворюється стояча хвиля, тому вона буде сильно резонувати і видавати хороший чутний звук. Для тих, хто хоч раз грав на флейті, явище не нове: чим менше отворів ми ловимо на інструменті, тим коротша трубка, де може утворитися стояча хвиля. Завдяки вкороченню повітряного стовпа частота звуку стає вищою і вищою, тому з нижчого С можна дістатись на одну октаву вище, що вимагає рівно вдвічі меншої довжини труби.
Важлива швидкість поширення
Те саме відбувається, коли флейтист-аматор дме над ротом пивної пляшки. Коли напій закінчується, рідини в пляшці стає все менше, тому повітряний стовп над нею стає все вище і вище, довжина хвилі збільшується і звук поглиблюється з кожним ковтком. З іншого боку, кавова чашка може пройти до трьох октав звуку через кілька секунд постукування.
Якщо ми не розлиємо значну кількість кави, стукіт насправді не змінює висоту стовпа рідини, тому це не призводить до розчину. Секрет насправді полягає в швидкості поширення хвиль. Швидкість звукової хвилі залежить як від щільності, так і від стисливості (коефіцієнта пружності) рідини.
Якщо ви помішаєте, кавова чашка знову зазвучить глибоко
Добре відомо, що вода нестислива з хорошим наближенням. З іншого боку, повітря не є, його коефіцієнт еластичності в п’ятнадцять тисяч разів вищий, тому він може суттєво змінити загальну швидкість поширення навіть у невеликих кількостях. Коли розчинна кава змішується у воді, до напою також додається багато бульбашок повітря, які на деякий час залишаються на зернах кави та цукру. Біг підтюпцем, навпаки, повертає бульбашки на поверхню і з часом повітря виходить. Оскільки задана довжина хвилі звуку, тобто "висота" кави, частота, тобто висота тону, повинна збільшуватися, поки всі бульбашки не вирвуться з кухля.
Таким чином, процес вибивання бульбашок повітря поступово збільшує швидкість поширення звуку в каві, тому висота звуку, що стукає, також збільшується. Ми можемо розпочати процес повторним перемішуванням, оскільки в каву задихається більше бульбашок повітря.