Proč koktejly duní? Může za to stlačený vzduch

I ten, kdo nerad vaří, ví, že kuchyně je plná zajímavých a někdy nečekaných zvuků. Když si například připravíme ovocný koktejl a mléko s ovocem dobře rozmixujeme, můžeme při jeho nalévání do hrnku slyšet zvláštní dunivý zvuk.

Ten pak bude ještě zřetelnější, pokud na dno nádoby s koktejlem poklepeme prstem – ozve se jasné zadunění. Jestliže pokus zopakujeme s hrnkem naplněným obyčejnou vodou, dunění neuslyšíme, ozve se spíše cinknutí. A prázdný hrnek po poklepání na dno také nijak zvlášť neduní.

Vysvětlení tohoto jevu není obtížné. Mixováním se do koktejlu dostane spousta bublin různých velikostí. Tyto bubliny se pak musí skrz hustý koktejl prodírat na hladinu, což zvláště těm menším může dlouho trvat, nebo dokonce zůstanou zcela uvězněny.

Důležitý rozdíl mezi hrnkem vody a hrnkem koktejlu je tedy v tom, že v prvním případě nejsou přítomny vzduchové bubliny, kdežto ve druhém ano. Je to vlastně logické – když něco duní, tak je to většinou duté. A koktejl je skutečně tak trochu dutý, protože obsahuje malé dutinky – bublinky vzduchu!

Tím jsme však nevysvětlili, jak přesně dunivý zvuk vzniká a proč jsou pro jeho vznik bublinky důležité. Zřejmě to bude souviset s tím, že vzduch je mnohem (přibližně 22 000krát) stlačitelnější než voda. Protože v koktejlu je obsaženo díky bublinám určité množství vzduchu, je mnohem snazší jej poněkud stlačit. Jinými slovy, ke zmenšení objemu koktejlu například o jednu tisícinu stačí mnohem menší tlak než u čisté vody. Koktejl tak může v hrnku „pružit“ mnohem lépe než voda.

Představme si nyní, že koktejl v hrnku trochu stlačíme a pak uvolníme (něco podobného se v podstatě děje při poklepání na dno). Stlačením narostl tlak v bublinách, takže po uvolnění má koktejl snahu se zase vrátit zpět, rozpínat se. Setrvačností toto rozpínání pokračuje ještě chvíli potom, co už tekutina nabude svého původního objemu. Tím vznikne v tekutině podtlak, následkem čehož se začne zase smršťovat a tak dále. A tímto způsobem vznikne kmitavý pohyb.

Je to situace velmi podobná kmitání závaží na pružině – pružina zde reprezentuje pružnost koktejlu, zatímco hmotnost závaží souvisí s hmotností tekutiny v hrnku, tedy s její hustotou. Závaží bude kmitat tím pomaleji, čím je pružina měkčí a čím je závaží těžší. Pomyslná pružina u koktejlu je poměrně měkká a závaží dost těžké, takže kmitání bude velmi pomalé a uslyšíme hluboký zvuk – dunění.

U samotné vody je sice závaží o něco těžší než u koktejlu (protože v ní nejsou bubliny), ale pružina je nesmírně tuhá; výsledkem jsou velmi rychlé kmity (cinknutí). A u vzduchu je sice pružina velmi měkká, ale závaží je nesrovnatelně lehčí než u koktejlu, takže výsledkem budou opět rychlé kmity.

Koktejl tedy v sobě spojuje dvě vlastnosti vhodné pro dunění – relativně dobrou stlačitelnost (díky přítomnosti bublin) a současně relativně velkou hustotu (díky značnému množství vody, kterou obsahuje). Samotná voda a samotný vzduch mají vždy jen jednu z uvedených vlastností, proto neduní.

Jev můžeme popsat i kvantitativně. Nejlépe k tomu poslouží rychlost zvuku v koktejlu, která úzce souvisí s frekvencí dunění. Čím bude rychlost vyšší, tím vyšší bude vydávaný tón a naopak. Nejmenší rychlost nastává pro poměr voda : vzduch přibližně 1 : 1 a činí asi 24 m/s. To je výrazně méně než rychlost zvuku ve vzduchu (340 m/s) i ve vodě (1 440 m/s). Stačí tak i malé množství bublin ve vodě, aby rychlost zvuku výrazně poklesla. Proto i malé množství bublin v koktejlu způsobí snížení frekvence kmitání při poklepu na dno hrnku, a tím i jeho dunění.

Vyzkoušet si to můžeme ještě snáze třeba s kefírem, který před nalitím do hrnku silně protřepeme. A podobně jako koktejl duní i mléčně zakalená voda, která někdy teče z vodovodního kohoutku díky obsahu plynových bublinek. U ní navíc můžeme sledovat to, jak se zvuk mění s časem díky postupnému stoupání bublinek k hladině.

Autor působí jako profesor v Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU.

Masarykova univerzita | Masaryk university