Warum wird der Ton aber höher?
Geht man aber etwas mehr ins Detail, wird die Sache wesentlich komplexer (hier verlassen wir nun den Rahmen der üblichen Kaffeepause).
Crawford zeigt in seinem Paper [1], dass eine kleine Änderung des Luftgehaltes einen erheblichen Einfluss auf den Klang hat. Entscheidend für den Klang ist die Schallgeschwindigkeit, die angibt wie schnell sich Schallwellen oder Vibrationen durch ein bestimmtes Material hindurch ausbreiten können. In dichteren Materialien wie Wasser kann sich Schall schneller ausbreiten als z.B. in Luft; bei Wasser kommt noch hinzu, dass es inkompressibel ist, was der Schallausbreitung zusätzlich noch zugute kommt. Für die Bestimmung der Schallgeschwindigkeit bei einem Gemisch kann man jedoch nicht einfach den Mittelwert der Einzelkomponenten nehmen, da sich ihre Eigenschaften nicht linear überlagern, vor allem die Kompressibilität ändert sich schlagartig. Crawfords Berechnungen als Funktion von Dichte und Kompressibilität zeigen, dass die Schallgeschwindigkeit von Wasser von 1500 m/s auf 120 m/s abfällt, wenn nur 1% Luft enthalten ist, und dieser Wert liegt damit sogar unterhalb von dem reiner Luft (343 m/s bei Standardbedingungen).
Während die Luftbläschen langsam aufsteigen, erhöht sich die Schallgeschwindigkeit, was als höher werdender Ton wahrgenommen werden kann, wenn man den Becher anschlägt.
Aber natürlich sind wir nicht nur auf Kaffee, Wasser oder ‘heiß’ beschränkt. In seinem Paper [2] benutzt Crawford etwas Salz, damit Bier stärker perlt, um so den Klang zu ändern. Strickt man den Gedanken weiter, so kann man im Prinzip auch hören, ob sein Bier schal geworden ist.
In diesem Sinne noch eine schöne Kaffeepause!
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Der Effekt lässt sich sehr einfach selber nachmachen
und eignet sich somit wunderbar als Heimexperiment
oder als Vorführung in der Kaffeepause 😉
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Quelle:
Leider gehören die beiden Veröffentlichungen wieder zu denen, die nicht öffentlich zugänglich sind:
[1] Crawford, F. (1982), The hot chocolate effect, Am. J. Phys. 50, 398 DOI: 10.1119/1.13080
[2] Crawford, F. (1990). Hot water, fresh beer, and salt, American Journal of Physics, 58 (11) DOI: 10.1119/1.16268
[3] Nachruf und Foto zu Frank S. Crawford auf Berkeley.edu
[4] Comic von “Piled Higher and Deeper” by Jorge Cham vom 04.02.2004 “Things to do while waiting …”
Den Becher habe ich hier gefunden:
(Ich habe bereits weitere Kandidaten entdeckt,
die sicherlich auch bald hier auftauchen werden 🙂 )
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