Perché la goccia d'acqua fa "plink"

Eh si, tra le tante domande che uno che si occupa di scienza può trovarsi ad affrontare c'è ne sono di apparentemente bizzarre come "perché la goccia d'acqua fa plink quando cade?".

Del resto il rumore prodotto dal gocciolio incessante da un rubinetto resiliente a qualunque chiusura può fare perdere il sonno anche al più paziente tra gli scienziati, che una notte si sarà alzato deciso ad affrontare il problema una volta per tutte (confermo che gli scienziati sono soggetti strani).

Strano ma vero fino a poco tempo fa non si conosceva nel dettaglio da cosa scaturisse quel particolare rumore.

 Non si tratta infatti di una curiosità recente. Già all'inizio del '900 con la disponibilità di macchine fotografiche veloci furono in tanti a cercare di carpire i dettagli del gocciolamento.

Dilemma risolto dal nostro eroe, Anurag Agarwal, alla guida dell'Acoustics Lab presso l'università di Cambridge. Non scherzo se dico che l'idea di investigare il fenomeno venne al ricercatore quando, ospite a casa di un amico, non riuscì a chiudere occhio a causa del gocciolio originato da una perdita nel tetto che veniva raccolto in un secchio nella stanza in cui alloggiava.

Tornato in laboratorio si mise a studiare la dinamica della caduta di una goccia usando tecniche di ripresa video ad alta velocità e rilevatori sonori professionali. La scoperta fu che il suono "plink, plink" prodotto dalla goccia d'acqua quando colpisce una superficie liquida non è causato dalla goccia in sé, ma dalla oscillazione di una piccola bolla d'aria intrappolata sotto la superficie dell'acqua. La bolla induce una vibrazione sulla superficie dell'acqua, come se fosse un pistone, e questo genera il suono.

La meccanica dei fluidi di una goccia d'acqua che colpisce una superficie liquida è nota: quando la gocciolina colpisce la superficie, provoca la formazione di una cavità, che si ritira rapidamente a causa della tensione superficiale del liquido, risultando in una specie di colonna in cui si riversa il liquido . Data la velocità con cui si ritrae il liquido, una piccola bolla d'aria rimane intrappolata.

credit: tempe.mi.cnr.it

Studi precedenti avevano ipotizzato che il suono fosse causato dall'impatto, dalla risonanza della cavità oppure dall'onda sonora subacquea che si propaga attraverso la superficie dell'acqua. Mancava però una prova sperimentale di ciascuna ipotesi.

Nel loro esperimento, i ricercatori hanno scoperto che in realtà (e in un certo senso controintuitivamente) sia lo splash iniziale che la formazione della cavità e lo spostamento del liquido erano silenziosi. La fonte del suono era invece nella bolla d'aria intrappolata. Perché questa produca il caratteristico rumore, è necessario che la bolla d'aria si trovi vicino al fondo della cavità creata dall'impatto della goccia. La bolla produce le oscillazioni della superficie dell'acqua nella parte inferiore della cavità come se fosse un pistone che emette le sonde sonore nell'aria.

Compreso il meccanismo la soluzione al problema del rumore fu immediata: è sufficiente modificare la tensione superficiale del liquido, ad esempio aggiungendo un detergente.

Di seguito un video prodotti dagli autori dello studio

 Se non vedi il video --> youtube

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Scientific Reports.

Fonte

- ‘The Sound Produced by a Dripping Tap is Driven by Resonant Oscillations of an Entrapped Air Bubble.’ Scientific Reports (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-27913-0