Spørgsmålet
Hej Peter!
Selvom du ikke er uddannet indenfor kaffeakustikologi, så tænkte jeg at du ville kunne forklare dette fænomen.
Når du lige har fyldt en kaffekop med varm kaffe og en smule mælk, så rører man naturligvis rundt i kaffen med sin teske. Når væsken er sat i bevægelse, så prøv at tage teskeen og slå den hurtigt i bunden af kaffekoppen. Den lyd der bliver lavet starter dybt, men stiger langsomt til en højere tone.
Tonen stiger, jo langsommere kaffen snurrer. Hvorfor?!?! Er det fordi at lydbølgerne også bliver trukket rundt i ”strømmen”, og derfor skal rejse længere end hvis kaffen var stillestående? Altså, en slags dopplereffekt i en kaffekop?
3...2...1... FORKLAR!
Carsten
Det korte svar
Frekvensen ændres af små bobler i den nylavede kaffe, som efterhånden stiger op og forsvinder.
Relaterede spørgsmål
Det lange svar
Først et mislykket eksperiment
Hvilken formidabel observation! Det har jeg aldrig tænkt over, men ærekær som jeg er, gik jeg straks i gang med at prøve at finde et svar.
Først måtte jeg se, om jeg kunne genskabe problemet. Min første tanke var, at det kunne have noget at gøre med at temperaturen faldt hurtigt. Lydens hastighed ændrer sig nemlig lidt med temperaturen. Jeg forsøgte så med et glas kogt vand, men uden resultat.
Dernæst forsøgte jeg med en kop kaffe, men til min forfærdelse også uden resultat!
Fuck det eksperiment
Jeg er teoretiker, så jeg drak min kaffe og googlede, hvilket ledte mig til dette dokument som forklarer problemet på fire sider startende på side 75.
Kan det passe, at du kun har bemærket det når du har drukket nescafe? Artiklen forklarer det i hvert med, at nescafe indeholder bittesmå luftbobler, som hvirvles rundt i kaffen, og når du holder op med at røre, stiger de langsomtop til overfladen.
Lyden du hører kommer fra et mix af forskellige lydbølger, men dem hvis bølgelængde passer med karakteristiske afstande i koppen (den bredde og højde) skaber resonans og lyder kraftigst. Lydens hastighed i vand, eller kaffe, er ca. 1500 m/s, mens den i luft kun er 340 m/s.
I et mix af luft og kaffe skulle man måske tro, at lyden hastighed var et sted midt imellem, men sådan er det ikke. Fordi lydens bølgelængde er væsentlig længere end størrelsen af og afstanden mellem boblerne, ser lydbølgerne ikke "først kaffe, så luft, så kaffe, osv.", men ser i stedet et fluidum med ganske andre egenskaber, i hvilket man efter temmelig mange udregninger kan overbevise sig selv om, at lydens hastighed er væsentlig lavere end i ren luft. Alt efter hvor meget luft der er i, kan den nå helt ned til 30 m/s.
Kredit: Mudde 2005, Fig. 3.27.
Boblerne forlader kaffen
Når boblerne forlader kaffen, stiger lydens hastighed dramatisk! Lydens (og alle andre bølgers) bølgelængde (\(\lambda\)), hastighed (\(c\)) og frekvens (\(f\)) er forbundet ved formlen \(f = c / \lambda\). Altså, jo højere hastighed, og/eller kortere bølgelængde, jo højere frekvens, og omvendt.
Hvis lydens hastighed stiger fra en langsom hastighed \(c\) til f.eks \(10 c\), så går lydens frekvens som du hører graduelt fra \(f = c / \lambda\) til \(f = 10c / \lambda\).
Altså stiger tonen.
Kh. Peter
(EDIT: Jeg har siden erfaret, at fænomenet er kendt som the hot chocolate effect.)
