“滴答”“滴答”，學問很大

張濤

下雨時，水滴落到裝滿雨水的水缸或水桶時發(fā)出的聲音，想必大家再熟悉不過了。為什么水滴落入水中時的聲音如此響亮，而滴落到地面上時卻幾乎聽不到？其實早在1908年，科學家就對此進行了研究，但一直沒有令人滿意的研究結果。幸運的是，2018年，研究人員有了更精良的裝備來解答這一問題。

這套裝備包括每秒能拍攝7.5萬張圖像的超高速相機（一部高性能的智能手機每秒僅能拍攝不到1000張照片），以及一套高靈敏度的音頻設備。研究人員將這一套高科技設備固定在一個再簡單不過的實驗裝置——一個裝滿水的水槽周圍，水槽上方還有一個正在滴水的水龍頭。隨后，他們進行了觀察和記錄。一切變得一目了然！水滴落下時，并非因為撞擊才發(fā)出“滴答”聲。換言之，傳遞給周圍空氣的聲音，并非源自水滴和水槽中水的碰撞！

碰撞是在無聲中進行的，“滴答”聲的產生則是由于當水滴即將到達水槽的表面時，沖擊正在回彈的空氣，使得一個氣泡空腔出現(xiàn)。氣泡空腔會振動，其形狀在幾微秒內不斷變化。而振動現(xiàn)象在水中擴散，使最靠近氣泡的水面也開始振動。水面就像揚聲器的音膜，將自身振動傳遞給了周圍空氣。于是，振動的空氣產生了聲音。沒錯，就是在這一刻，麥克風記錄下了聲音。研究人員由此得出結論：水龍頭滴水的聲音并不是水滴造成的，而是氣泡在“作祟”。

那么，該如何消除滴水聲呢？研究人員找到了解決方案：在水槽中加入幾滴洗潔精即可。借助超高速相機，他們觀察到，在加入洗潔精后，氣泡空腔回彈時就不會留下小氣泡。為什么呢？這個問題解釋起來有些復雜，簡單來說是因為洗潔精的加入降低了水面的彈性，使得氣泡空腔回彈時沒有形成造成空氣滯留的狹窄部分。