Diferencia de frecuencia cuando el agua salpica a diferentes temperaturas

Esto es una suposición ya que nunca he hecho el experimento, pero la viscosidad del agua se reduce en un factor de 5 al calentarla de 5 °C a 100 °C . La viscosidad es uno de los dos factores (el otro es la densidad) que controlan el flujo de agua, por lo que es bastante razonable suponer que el agua a 100 °C salpica de forma notablemente diferente al agua a 5 °C.

Mencioné anteriormente que la densidad también afecta el flujo. Sin embargo, la densidad del agua solo cambia alrededor de un 4% en este rango de temperatura . Así que parece probable que el cambio en la viscosidad sea el factor principal.

Mi suposición inmediata es que se debe a la diferencia de viscosidad debido a la temperatura .

A 5 grados centígrados, el agua es unas cinco veces más viscosa (viscosidad dinámica ~ 1,5 mPa.s) que a 100 grados centígrados (viscosidad dinámica ~ 0,3 mPa.s).

Esto significa que cuando el agua fría salpica, las gotas/chorros tendrán menos energía ya que la fricción viscosa absorbe parte de la energía del impacto. En el agua caliente de baja viscosidad, menos energía de la caída es absorbida por la fricción viscosa y, por lo tanto, hay más disponible para golpear cosas y emitir un sonido de mayor frecuencia/mayor energía.

Otros efectos menores:

La tensión superficial es ~30% menor en el agua caliente (la tensión superficial y la viscosidad están relacionadas paramétricamente a través de la temperatura ),

La densidad es un 2,5% menor en el agua caliente

Sin embargo, acabo de hacer un experimento con una taza de agua hirviendo y una taza de agua fría y debo decir que no noté la diferencia en el sonido de las salpicaduras. Tal vez necesito hacer un experimento más cuidadoso.

Editar: ¡hice un experimento más cuidadoso y noté el ligero cambio en el tono! ¡Cosas interesantes! Sin embargo escuché el cambio de tono en dirección contraria a la que describes, siendo un tono ligeramente más alto para el agua caliente. Mi experimento fue dejar caer agua de cualquiera de dos tazas (una de agua hirviendo y otra fría) en un plato de cerámica en la cocina. Altura de caída de unos 50 cm, por lo que probablemente sea más corta que su experimento.

Hay un número de razones:

El agua caliente tiene menor densidad que el agua fría.

El agua caliente a menudo estará llena de pequeñas burbujas de aire, lo que le dará una apariencia lechosa. Cuando se calienta agua fría, con mucho aire disuelto, se reduce su capacidad para retener el aire disuelto. El aire sale de la solución y se convierte en pequeñas burbujas.

Pero lo más importante, el agua caliente tiene una viscosidad mucho menor que el agua fría. La viscosidad del agua a 70 grados centígrados es de aproximadamente$\frac13$la viscosidad a 10 grados Celsius. El agua caliente fluirá más rápidamente a través de las tuberías y salpicará de manera diferente cuando toque una superficie.

Todo esto cambiará el tipo de sonido que hace el agua al fluir a través de las tuberías, y también fuera de las tuberías.

Como han dicho otros, la diferencia significativa de viscosidad entre el agua fría y caliente es una de las principales razones de la diferencia en los sonidos de salpicaduras.

Otra razón, especialmente para el agua cerca del punto de ebullición, es la probabilidad de microebullición. A medida que se salpica el agua, habrá ondas de choque significativas a través de ella, que en realidad son variaciones de la presión sobre la mediana. Para el agua que está cerca de hervir, solo se necesita un poco de presión negativa adicional para que realmente hierva. Esto hace que se formen microburbujas temporales, que luego vuelven a colapsar a medida que aumenta la presión. Estas expansiones y contracciones pequeñas pero repentinas seguramente causan algún sonido adicional. También es probable que cambien la viscosidad general del agua y sus propiedades de transmisión de sonido.

No tengo ninguna evidencia directa o medidas de esto, pero sospecho que el efecto es lo suficientemente significativo como para cambiar el sonido de las salpicaduras. Una forma de probar esto es salpicar agua caliente a la misma temperatura a diferentes presiones de aire.

Esto no es una respuesta a su pregunta. Esto fue demasiado largo para un comentario, así que lo estoy publicando aquí.

No sé qué experimento hiciste para llegar a la conclusión que has mencionado. Hago experimentos en el laboratorio, y dada la cantidad de preparación necesaria para realizar correctamente incluso un experimento aparentemente simple, siempre sospecho un poco de los experimentos caseros (no digo que esté equivocado). Puedes hacer el siguiente experimento ciego para verificar tu conclusión (si aún no lo has hecho).

Pídale a otra persona que vierta agua caliente y agua fría desde una altura predeterminada durante un período de tiempo predeterminado, repetidamente y en secuencia aleatoria. Debe pararse lo suficientemente lejos para asegurarse de que solo puede escuchar el sonido de las salpicaduras, pero debe estar alejado del lugar de vertido para que no pueda ver ni sentir los efectos del agua caliente (como vapores ascendentes, calor, etc.). Después de escuchar cada vertido, anote si se ha vertido agua caliente o fría, mientras que la persona que vierte el agua anota lo mismo. Después de un número suficiente de intentos, digamos al menos 20-30 intentos, compare sus predicciones con lo que realmente sucedió. Si ha adivinado mejor de lo que permitiría la pura casualidad (me inclinaría a creer el resultado si acertara al menos el 90 % de las veces), entonces su conclusión probablemente sea correcta, y merece un intento serio de explicación. También puede pedir ayuda a alguien con oído musical (alguien que pueda distinguir fácilmente un cambio en el tono del sonido) si eso ayuda.

Permítanme intentar responder la pregunta, aunque no tengo nada más que mi intuición, razonamiento lógico y un poco de conocimiento científico para guiarme.

Creo que el componente principal del sonido de salpicadura generado por un chorro de líquido que cae se debe a la ruptura del líquido mientras cae. Cuanto más viscoso es el líquido, más grandes son las gotas en las que se descompone. Naturalmente, cuantas más gotas haya, mayor será la frecuencia con la que golpean la superficie sobre la que caen. Como se indica en la respuesta de John Rennie , el agua caliente tiene una viscosidad más baja que el agua fría, por lo que si esta explicación es correcta, entonces tenemos la respuesta.

Ahora podríamos probar esta explicación hipotética con relativa facilidad hasta cierto punto. Predice que mantener todo igual pero aumentar la altura produciría una frecuencia más alta, porque la corriente líquida se dividirá en gotas más pequeñas. Además, el tamaño de las gotas de lluvia parece correlacionarse con el 'tono' de lluvia de la manera predicha por esta hipótesis. A continuación, debemos comprobar que los líquidos a la misma temperatura pero con diferente viscosidad (agua, jarabe de azúcar, aceite) realmente cambian con la frecuencia. Finalmente deberíamos comparar líquidos que tengan la misma viscosidad (preferiblemente con algunos a diferente temperatura) y ver si la frecuencia obtenida es la misma.