Warum erhöht sich die Tonhöhe bei jedem aufeinanderfolgenden Tick am Boden einer gefüllten Tasse Kaffee?

Da ich die richtigen physikalischen Begriffe dafür nicht kenne, beschreibe ich es in Alltagsenglisch. Folgendes beschäftigt mich schon seit geraumer Zeit und bisher habe ich keine vernünftige Erklärung gefunden.

Wenn Sie eine Keramiktasse mit Kaffee füllen und mit dem Löffel unten (von oben durch den Kaffee) klicken, hat jeder folgende Tick, auch wenn Sie einige Sekunden pausieren, einen höheren Ton. Folgendes habe ich bisher beobachtet:

  • funktioniert besser mit Kaffee als mit Tee (funktioniert kaum mit Tee)
  • funktioniert mit Cappuccino besser als mit normalem Kaffee
  • funktioniert nicht nur mit kaltem Wasser
  • funktioniert am besten mit Keramikbechern, aber einige Plastikbecher scheinen das gleiche, aber schwächere Verhalten zu haben
  • funktioniert nicht bei allen Arten von Tassen, größere Tassen scheinen besser zu funktionieren
  • muss eine beträchtliche Menge Flüssigkeit enthalten (nur ein Tropfen bringt es nicht zum Singen).

Es muss etwas mit der Art der Flüssigkeit oder der Milch sein. Ich habe einfach Wasser in eine Tasse gegossen, die von einem vorherigen Cappuccino nur noch ein wenig flaumig war, und es hat immer noch funktioniert. Dann habe ich es gereinigt und wieder mit Leitungswasser befüllt und jetzt ging es nicht mehr.

Kann sich jemand dieses Verhalten erklären?

Ich bin etwas verwirrt darüber, was hier passiert. Du klopfst mit einem Löffel auf den Boden der Kaffeetasse? Immer am selben Ort?
@fliegen: genau das. Aber "gleiche Stelle" kann so breit sein wie der gesamte Boden der Kaffeetasse, scheint aber am besten in der Mitte geschlossen zu funktionieren. Sie müssen relativ lange warten, bis die Tonhöhe nicht ansteigt.
Ich glaube, ich verstehe jetzt, was du meinst. Sie sagen, wenn Sie eine Stelle unten auswählen und nur dort tippen, sehen Sie diesen Effekt, aber der Effekt ist am stärksten, wenn Sie sich in der Nähe der Mitte befinden. Der Grund, warum ich frage, ist, dass Sie, wenn Sie den Löffel bewegen und an verschiedenen Stellen auf die Kaffeetasse klopfen, eine Änderung der Tonhöhe erwarten würden. (Wenn Sie beispielsweise eine Trommel in der Mitte des Fells anschlagen, erhalten Sie einen tieferen Klang, als wenn Sie die Trommel in der Nähe des Rands anschlagen. Das gleiche Prinzip gilt für starre Körper.)
@flies: Ich verstehe deinen Punkt. Aber die Tonlage wird höher – und insgesamt um einiges höher! – jedes Mal, wenn Sie an (ungefähr) derselben Stelle auf den Boden aufschlagen, und ich habe keine Ahnung warum. Wenn Sie eine Weile warten und erneut klicken, ist die ursprüngliche tiefe Tonhöhe wieder da.
Meine einzige Vermutung ist, dass sich die Schallwellen schneller durch den Kaffee bewegen, wenn er turbulent ist (wie wenn Sie einen Löffel durch ihn bewegen, um auf die Tasse zu klopfen), als wenn er sich langsam / gleichmäßig bewegt. Wenn das stimmt, scheint das den Effekt zu erklären, aber ich habe keine Ahnung, warum turbulenter Kaffee Schallwellen schneller übertragen würde. Ich würde zögern, Störfaktoren auszuschließen - wenn Sie beispielsweise häufiger auf die Kaffeetasse schlagen, schlagen Sie sie möglicherweise auch härter, was auch die Tonhöhe verändern könnte.
@flies: Sie werden genau den gleichen Effekt sehen, wenn Sie langsam und sanft mit wenig Bewegung klicken. Bei viel Bewegung (Rühren) scheint der Effekt eher weniger als mehr zu sein, aber ich bin mir nicht sicher. Probieren Sie es selbst aus (ich hoffe, Sie mögen Kaffee).
Eine andere Vermutung könnte die Kaffee-Rheologie wie im nicht-newtonschen Verhalten sein.
Nun, ich denke, Sie haben Phänomene sehr gut beschrieben - gute Physik muss nicht in Gleichungen vorkommen, erinnern Sie sich an Faraday. Was das vorliegende Problem angeht, würde ich sagen, dass der Unterschied in der Dichte von Flüssigkeiten für unterschiedliche Dumping-Eigenschaften verantwortlich ist. Warum Sie in der Lage sind, höhere Harmonien von Flüssigkeiten zu erregen – ich werde mir eine Tasse Kaffee machen und es mir ansehen.
Die Frequenz ist eine Funktion der Schallgeschwindigkeit, die wiederum vom Anteil der Luftblasen abhängt. Siehe diese Antwort

Antworten (4)

Ich denke, Sie beobachten den „Heiße-Schokoladen-Effekt “ oder etwas Ähnliches. Siehe Crawford, Am. J. Phys. 50, 398 (1982). Ich muss gestehen, dass ich das Papier nicht ausführlich genug gelesen habe, um es angemessen zusammenzufassen.

Abstrakt:

Der „Heiße-Schokolade-Effekt“ wurde quantitativ mit Wasser untersucht. Wenn ein hoher Glaszylinder fast vollständig mit Wasser gefüllt und mit einem weichen Hammer auf den Boden geklopft wird, kann man die niedrigste Longitudinalmode der Wassersäule erkennen, für die die Höhe der Wassersäule eine Viertelwellenlänge beträgt. Wenn der Zylinder schnell mit heißem Leitungswasser gefüllt wird, das gelöste Luft enthält, kann die Tonhöhe dieses Modus während der ersten paar Sekunden um fast drei Oktaven sinken, wenn die Luft aus der Lösung austritt und Blasen bildet. Dann steigt die Tonhöhe allmählich an, wenn die Blasen nach oben schwimmen. Ein einfacher theoretischer Ausdruck für das Teilungsverhältnis wird hergeleitet und mit Experimenten verglichen. Die Übereinstimmung ist gut innerhalb der 10% Genauigkeit der Experimente.

Nach einigem Lesen mit diesen Schlüsselwörtern scheint es tatsächlich dasselbe zu sein. Wikipedia hat einen netten Link zu dieser Powerpoint-Präsentation von BW Carroll und MB More.
Fantastisch, ich wollte schon immer wissen, wie es funktioniert!!

Das ist mir zum ersten Mal in einer heißen Tasse Horlicks aufgefallen, die mit Milch zubereitet wurden. Ich rühre das Pulver kräftig ein und klopfe dann mit dem Löffel auf den Boden der Tasse, um zu prüfen, ob sich das gesamte Pulver aufgelöst hat. Sogar zweimaliges Antippen im Abstand von einer Sekunde reicht aus, um die ansteigende Tonhöhe zu erkennen. Sie steigt und steigt im Verlauf von vielleicht 20 Sekunden weiter an.

Das Interessante ist, dass man das Pech wieder fallen lassen kann, indem man es wieder aufrührt. Es scheint, dass die Tonhöhe direkt mit der Geschwindigkeit zusammenhängt, mit der sich die Milch dreht.

Wenn ich nicht rühre und auf den Boden klopfe, steigt die Tonhöhe. Wenn ich viel rühre und anfange zu klopfen, ist die Tonhöhe niedrig und steigt dann an. Wenn ich lange genug warte und klopfe, ist die Tonhöhe niedrig und steigt dann an. Ich sehe keinen wirklichen Zusammenhang, da die Flüssigkeit sowohl in Bewegung als auch in Ruhe sein kann, wenn die Tonhöhe niedrig ist.
Die Wellenlängen des erzeugten Schalls hängen von den Abmessungen des Bechers und davon ab, wie viel davon gefüllt ist. Die Blasen in der Flüssigkeit verringern die Schallgeschwindigkeit und damit die Frequenz. Das Anheben und Absenken der Tonhöhe hängt mit der Erzeugung und Zerstörung der winzigen Bläschen zusammen.

Ich habe diese Animation gemacht , um dieses Konzept zu erklären.

Aber lassen Sie mich einige Ihrer Fragen beantworten.

  • funktioniert besser mit Kaffee als mit Tee (funktioniert kaum mit Tee) funktioniert besser mit Cappuccino als mit normalem Kaffee

Da der Effekt durch im Pulver eingeschlossene Luft verursacht wird, liegt der Grund, warum Sie nicht immer den gleichen Effekt erzielen, darin, wie viel Luft im Pulver bei der Herstellung eingeschlossen ist und wie schnell sie freigesetzt wird, wenn es mit heißem Wasser gemischt wird .

  • funktioniert nicht nur mit kaltem Wasser

Kaltes Wasser löst das Pulver nicht auf. Zumindest nicht schnell genug, damit sich die Luft nicht im System auflöst. Sie können sehen, wenn Sie kaltes Wasser auf Kaffeepulver gießen, dass große Kaffeebrocken herumschwimmen.

  • funktioniert nicht bei allen Arten von Tassen, größere Tassen scheinen besser zu funktionieren

Ich bin mir nicht ganz sicher, aber die Gleichung, die die Frequenz im System beschreibt, lautet: f = 1 4 ⋅ v h wobei v die Ausbreitungsgeschwindigkeit und h die Höhe des Bechers ist. Ich denke, es ist einfach einfacher, diesen Effekt mit einer niedrigeren Frequenz (große Tasse) zu unterscheiden, da die Frequenz für Tassen bereits ziemlich hoch ist.

Sehr schöne Animation! Diese Antwort könnte Sie interessieren
Danke @Floris, das war eine sehr interessante Lektüre! Gut gemacht, Herr.

Meine Vermutung bezog sich immer auf die Menge an gelösten Feststoffen. Ich glaube nicht, dass es nur Milch ist. Ich habe die gleichen Phänomene beim Auflösen von Wackelpudding in heißem Wasser festgestellt. Die Tonhöhe nimmt zu, je homogener die Mischung geworden ist. Probieren Sie es mit Wasser und Wackelpudding gemäß den Anweisungen auf der Verpackung aus, aber in einem durchsichtigen Pyrex-Mischbehälter ... können Sie sehen, wie die beiden Produkte zu einer Lösung werden, und der Boden des Messkolbens ist ziemlich gleichmäßig. Es "scheint", dass die Tonhöhe aufhört zuzunehmen, sobald die Mischung sehr gleichmäßig geworden ist.

Warum erhöht sich die Tonhöhe bei jedem aufeinanderfolgenden Tick am Boden einer gefüllten Tasse Kaffee?
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