เสียงหยดน้ำที่หยดลงมาจากก๊อกน้ำ อาจรบกวนสมาธิของใครหลายคน แต่ด้วยเสียงที่น่าหงุดหงิดนั้นเองได้กลายมาเป็นที่มาของความอยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์มานานกว่าศตวรรษ และในปัจจุบันเทคนิคการบันทึกภาพและเสียงความเร็วสูงที่ทันสมัยก็สามารถให้คำตอบถึงสาเหตุของเสียง รวมทั้งวิธีการในการหยุดเสียงเหล่านั้นได้แล้ว

ภาพที่ 1 ก๊อกน้ำ
ที่มา https://pixabay.com/photo-943297/ ,msalguero

          จากการรายงานการศึกษาในวารสาร Scientific Reports ของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์นำโดยดร. Anurag Agarwal ทำให้ทราบว่า เสียงไม่ได้เกิดจากเสียงจากตัวหยดน้ำ แต่เกิดจากการแกว่งกลับไปมาของฟองอากาศเล็ก ๆ ที่อยู่ใต้ผิวน้ำ เมื่อหยดน้ำตกกระทบกับน้ำในอ่างน้ำหรือภาชนะรองรับ ทั้งนี้ การแกว่ง (oscillation) คือ เป็นการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาบนเส้นทางเดิม ในช่วงเวลาการแกว่งแต่ละรอบที่มีค่าแน่นอน (คาบ) เช่น การแกว่งของลูกตุ้มนาฬิกา เป็นต้น

          นักวิจัยต่างพยายามทดสอบหาสาเหตุของการเกิด ทั้งการศึกษาถึงกลไกทางกายภาพของก๊อกน้ำต่อการเกิดเสียง แต่ผลที่ได้กลับพบว่า โครงสร้างของก๊อกน้ำไม่ได้ทำให้เกิดเสียงมากนัก รวมทั้งการศึกษาถึงการเกิดเสียงของหยดน้ำจากการตกกระทบระหว่างหยดน้ำและน้ำที่ขังอยู่ในภาชนะรองรับ อย่างไรก็ตามดูเหมือนว่า เสียงที่เกิดขึ้นจากช่องว่างของฟองอากาศใต้ผิวน้ำในภาชนะรองรับหลังถูกตกกระทบด้วยหยดน้ำจากก๊อกน้ำจะยังไม่มีการศึกษาทดลองเพื่อยืนยันสมติฐาน

          การศึกษาของทีมวิจัยครั้งนี้จึงเป็นการตรวจสอบครั้งแรกถึงความสัมพันธ์ของเสียงและช่องว่างของฟองอากาศใต้พื้นผิวของน้ำในภาชนะรองรับ ด้วยเทคโนโลยีบันทึกภาพความเร็วสูงและเทคนิคการบันทึกเสียงที่ทันสมัยที่สุด ซึ่งทำให้ทีมนักวิจัยค้นพบสาเหตุของการเกิดเสียงเหล่านั้นได้

ภาพที่ 2 เสียงหยดน้ำเกิดจากการสั่นของฟองอากาศที่ถูกกักไว้ภายใต้แรงตึงผิวที่หดกลับอย่างรวดเร็ว
ที่มา https://pixabay.com/photo-1581573/ ,suju

          หยดน้ำตกกระทบกับพื้นผิวของของเหลวที่อยู่ในภาชนะรองรับ ก่อให้เกิดช่องว่างบนผิวน้ำ ก่อนที่ผิวน้ำดังกล่าวจะหดตัวกลับอย่างรวดเร็วตามคุณสมบัติของแรงตึงผิว (Surface tension) ในขณะเดียวกัน ฟองอากาศจะถูกขังอยู่ใต้พื้นผิวนั้น และการสั่นหรือแกว่งของฟองอากาศที่ถูกขังไว้ในตำแหน่งที่อยู่ใกล้กับพื้นด้านล่างสุดของช่องว่าง ทำให้เกิดการสั่นของพื้นผิวน้ำซึ่งก่อให้เกิดเสียงที่ส่งผ่านไปในอากาศ

ภาพที่ 3 ภาพจากการบันทึกขณะหยดน้ำตกกระทบผิวน้ำที่ขังอยู่ในภาชนะ และการเกิดฟองอากาศที่ถูกขังไว้ภายใต้ผิวน้ำ
ที่มา https://www.nature.com/articles/s41598-018-27913-0/figures/3

          อย่างไรก็ดี ด้วยสาเหตุของการเกิดเสียงหยดน้ำ การผสมสบู่หรือน้ำยาล้างจานในน้ำที่อยู่ในภาชนะรองรับเพียงเล็กน้อย จะช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำและลดการเกิดเสียงหยดน้ำติ๋งๆ ที่แสนกวนใจได้

แหล่งที่มาของข้อมูล

Alfredo Carpineti. (2018, June 22). Scientists Finally Know Why Taps Make A Dripping Sound.
Retrieved January 5, 2019, From https://www.iflscience.com/physics/scientists-finally-know-why-taps-make-a-dripping-sound/

Samuel P., Anurag A. and Peter J. The Sound Produced by a Dripping Tap is Driven by Resonant Oscillations of an Entrapped Air Bubble. Scientific Reports. 2018. 8; 9515.

Retrieved January 5, 2019, From https://www.nature.com/articles/s41598-018-27913-0

การแกว่ง (oscillation) 
Retrieved January 5, 2019, From pioneer.netserv.chula.ac.th/~sjessada/chap6.pdf