• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

Kuidas kann vile sai

30.10.2013 by Uku Püttsepp Leave a Comment

Loed toas raamatut, on vaikus, ja äkki hakkab köögis kann vilistama. Selge, aeg teha teed. Ei midagi erakordset – või siiski. Osutub, et füüsikud ei osanud viimased sada aastat seletada, kuidas kannus vile tekib.

19. sajandil anti välja pöördeline tekst Heli Teooria (The Theory of Sound), autoriks Rayleigh’i kolmas parun John William Strutt. Trükises kirjeldatakse muu hulgas ka vilemehhanismi teooriat. Ent teksti lõpuosas väljendab parun ebakindlust:“ Paljuski on ebaselge, mis täpselt auru vibratsioone põhjustab.“

Probleemi lahendas Cambridge’i Ülikooli töörühm, kelle vastava sisuga artikkel avaldati teadusajakirjas The Physics of Fluids.

Neil, kes arvavad, et tegemist on pseudoprobleemiga, pole muretsemiseks põhjust, sest uurimistöö mõju haardub kannuvilest kaugemalegi. Töörühma loodud arvutimudeliga saab kirjeldada näiteks katkise auto summuti ning veetorude vilisemist.

„Sarnaseid müraefekte võib tekkida väga erinevates olukordades. Kõikjal, kus õhk voolab nagu kannuviles,“ ütles Cambridge’i Ülikooli mehaanikateaduste osakonna teadlane ning artikli esiautor Ross Henrywood. „Teades müra põhjuseid, saame selle juba eos välistada.“

Avaldatud artikkel on Hernywoodi neljanda õppeaasta lõputöö ning ühtlasi osa tulevasest insenerikraadist. Henrywoodi juhendaja, aeroakustika professor Anurag Agarwal uuris varem turbiinmootorite müra põhjuseid.

Lisaks vile allikale määratlesid teadlased kaks erinevat mehhanismi, mis häält põhjustavad. Seejuures on küsimus, miks juukseföön ei vilise, põhjendatud.

Kannu vile koosneb kahest lähestikku asetatud paralleelsest plaadist, mis moodustavad kannu tila katvas korgis õõnsuse. Mõlema plaadi keskel on väike auk, millest veeaur läbi läheb.

Töörühm valmistas mitu erinevat lihtsustatud ehitusega kannuvilet. Neid katsetati rakises, mis puhus viledest läbi erineva kiirusega õhujoad. Tekkinud heli salvestati.

Helikatketest eraldati sagedus ning amplituud, mida analüüsiti dimensioonivabade meetoditega (käsitlevad andmeid suurustena, millel ei ole ühikuid). Andmestikust otsiti korduvusi ehk trende. Lõppeks mõõdeti heli sagedus ka kannu tilas. Selleks kasutati kahe mikrofoni meetodit (loe lisa siit)

Tulemuste analüüs näitas, et heli tekib välimise vileava juures väikestest turbulentsetest gaasikeeristest.

Et aur on väliskeskkonnast kõrgema rõhuga, surub see ennast laiast tila avast kitsamasse vilemehhanismi auku. Aurujuga surutakse kokku ning see hakkab koolist tuttava vedelike voolamise pidevuse teoreemi alusel kiiremini liikuma. Suure kiiruse ning soojusliikumise tõttu on auru juga ebastabiilne. Pärast esimese vileava läbimist hakkab joa ristlõige muutuma, tekivad esimesed turbulentsed keerised.

Keerised ei liigu otse teise vileava suunas, vaid tabavad ava plaati. Need tabamused põhjustavad omakorda kambri sees rõhuimpulsse, mis levivad lõppeks kannust välja jõudnud auruni ning põhjustavad selles omakorda väikseid keeriseid. Nende keeriste tekitatud heli me kuulemegi.

Keedukannu vile sarnaneb ehituslikult levinud vilemehhanismidega, näiteks flöödi ja oreliviledega. Nendes instrumentides määrab heli sageduse õhusamba pikkus. Vilekannu signaali sageduse määrab plaatidevaheline ruum ning kannu tila pikkus. Mida pikem on tila, seda madalam heli.

Henrywood ja Anurag leidsid töö käigus üllatuslikult, et kann hakkas vilistama juba hetk enne vee keemist, mil joa kiirus on keemise ajal saavutatavast maksimumist väiksem. Siis ei ole aurujoa vool sedavõrd turbulentne ning osutub, et heli põhjustab hoopis teine mehhanism.

Kaht muusikalist vaatlust eristab sagedus. Esimeses helisignaalis on valdav üks kindel noot.

„Avastasime, et esimese helisignaalil oli üks sagedusmaksimum. Seda me ei oodanud, oli põnev,“ kommenteeris Henrywood. „Lõppeks saime aru, et keemiseelselt töötas kannu vile nagu Helmholtzi resonaator. Sama juhtub siis, kui tühi pudelikael helisema puhuda.“

Üle pudelikaela liikuv õhk põhjustab pudelikaelas, ehk Helmholtzi resonaatoris võnkumise, mille sageduse määrab, jällegi, pudeli õhusamba pikkus. Heli põhjustav võnkumine toimub tegelikult pudelikaelas, ülejäänud pudelis olev õhk käitub otsekui õhkvedruna.

Kannu puhul on õhkvedruks vilemehhanismi sisene õhk. „Kannus puhutakse muidugi aur august läbi, mitte sellest mööda, nagu pudeli puhul. Efekt on sama, mis huultega vilistamisel,“ lisas Henrywood. „Mõnes kannus töötavad mõlemad mehhanismid. Et meie uurimustöö võimaldab uurida mõlemat, saame hääle tekkimise eos välistada, kui selleks peaks vajadus olema.“

Nüüd arendavad Henrywood ning Agarwal vaiksemaid kiire õhujoaga kätekuivateid. Juba on uuritud, kuidas mõjutab kuivatist levivat häält õhujuga suunav koonus.

Allikas: Phys.org

Ei ole rohkem selle temaatika postitusi.

Filed Under: Rakenduslik teadus, Teadusuudised

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. }
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... }
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? }
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? }

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2023 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in