Plot z vlnitého plechu se dostal i do písničky pánů Uhlíře a Svěráka, a to díky tomu, že se na něj dá vyluzovat drnčivý zvuk. K tomu je vždycky potřeba nějaká pomůcka. Věděli jste ale, že i bez ní dokáže vlnitý plech vydávat zvuky?
Už několikrát se mi stalo, že jsem šel po ulici kolem plotu z vlnitého plechu a vtom jsem uslyšel pískavý zvuk, který byl ozvěnou ostrého zvuku kamínku, na který jsem šlápl. Tento zajímavý, i když málo známý zvuk můžeme slyšet, když v blízkosti vlnitého plechu tleskneme nebo luskneme. Jako ozvěna se nám vrátí zvláštní zahvízdnutí o délce asi půl sekundy, jehož frekvence s časem poněkud klesá. Čím je vlnitý plech delší, tím je zvuk zřetelnější; a ideální vzdálenost pro tento pokus je stát asi deset metrů od plechu. Pokusme se toto zajímavé pískání vysvětlit.
Při tlesknutí vytvoříme nárazem rukou o sebe ostrý zvuk. Ten se odráží od jednotlivých vlnek plechu a vrací se k nám jako ozvěna. Ozvěna od každé vlnky je ovšem poněkud opožděná oproti ozvěně od vlnky předchozí kvůli větší vzdálenosti, kterou musí zvuk urazit. To, co slyšíme, je proto série ozvěn našeho tlesknutí, které přicházejí pravidelně po sobě. Složením těchto ozvěn jsou periodické změny tlaku vzduchu – tedy pískavý zvuk, který slyšíme.
Pokles jeho frekvence s časem je důsledkem toho, že časové zpoždění ozvěny od sousedních vlnek souvisí jednak s jejich vzdáleností, jednak s úhlem, pod kterým zvuk na plech dopadá. Zpočátku je dopad skoro kolmý a zpoždění je proto malé, později se zvuk odráží od vzdálených vlnek a časové zpoždění se blíží k 2d/v, kde d je vzdálenost sousedních vlnek („vlnová délka“ vlnitého plechu) a v je rychlost zvuku. Z toho lze snadno odvodit, že vlnová délka zvuku ke konci písknutí se blíží ke dvojnásobku vlnové délky vlnitého plechu.
Pro zájemce, kteří by si uvedený pokus chtěli vyzkoušet, můžu doporučit několik vhodných lokalit v Brně – asi nejlepší vlnitý plech je na ulici Křižíkova podél Královopolské strojírny, další pak na ulici Jana Babáka podél kasáren. Ozvěnu, i když slabší, můžeme někdy slyšet i u laťkového plotu.
Proč voda hučí
Až otestujete všechny ploty, možná vám přijde vhod šálek čaje. Při jeho přípravě můžete slyšet další zajímavý zvuk. Vaříte-li vodu v rychlovarné konvici i v té běžné na sporáku, začne se ozývat zvláštní hučení, a to ještě dříve, než voda začne vřít. Co je způsobuje a jak to, že tento zvuk pojednou téměř utichne, jakmile voda skutečně začne vřít?
Vysvětlení tohoto jevu je následující: Při ohřívání vody se zahřívá nejprve kovové dno konvice od topné spirály nebo od plamene a teprve od něj samotná voda. Jde tedy o ohřev značně nerovnoměrný – voda v těsné blízkosti dna má již po několika desítkách sekund od zapnutí konvice téměř teplotu varu, zatímco voda dál ode dna je výrazně chladnější.
U dna konvice se brzy začnou vytvářet malé bublinky vodní páry. Jakmile nějaká vznikne, zvětšuje se a její horní část brzy dosáhne do vrstvy chladnější vody dál ode dna. Proto dojde k ochlazení bublinky a následné rychlé kondenzaci vodní páry v ní, čímž se bublinka prudce zmenší. Tento děj se pak neustále opakuje. Vzniklé vibrace se přenášejí až na hladinu vody a šíří se dál jako zvuk. A protože ke vzniku a kolapsu bublinek dochází podél celého dna, je vzniklý nepravidelný zvuk dost silný a slyšíme jej jako známé hučení nebo šumění.
Situace se však změní, když voda v celém objemu dosáhne teploty varu. V té chvíli bublinky páry vznikající na dně a stoupající vzhůru nejsou ničím ochlazovány, proto už nezanikají a nejsou tedy ani zdrojem zvuku. Proto zvuk v této fázi paradoxně poněkud utichne, což může být znamení, že voda je už dost horká a můžeme si zalít svůj čaj.
K podobnému jevu, prudkému kolabování bublinek, dochází při jevu zvaném kavitace, který dokáže zničit lopatky turbíny nebo lodního šroubu. Po průchodu lopatky vodou totiž dojde lokálně k silnému poklesu tlaku, takže v daném místě kapaliny vznikne téměř vakuum. Voda v tomto místě tak začne vřít (teplota varu vody závisí na tlaku, takže ve vakuu voda vře i při pokojové teplotě), ovšem po opětovném zvýšení tlaku dochází k prudkému kolapsu vzniklých bublin za vzniku obrovských tlakových rázů. Tyto rázy mohou lopatky i poškodit.
Autor působí jako profesor v Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU
