Интересный эффект в кружке с кофе

[statistonline]

Доброго дня!

Наблюдается следующий эффект. В керамическую кружку наливается горячая жидкость (у меня это был кофе, конечно). Сразу после заполнения объема кружки опускается чайная ложка. Легкое постукивание ложкой по дну кружки дает сначала низкие тоны, а затем, по мере, я так понимаю, прогревания кружки, все более высокие. Начиная с какого-то момента (примерно минута после наливания) теплопередачу изнутри наружу через стенки кружки можно считать установившейся (субъективно кружка нагрелась до максимума). Однако если в этот момент вновь начать перемешивание, а затем постукивание, то снова слышен возрастающий ряд "частот". Начинается он уже с более высоких частот, нежели в первый раз. При простом постукивании без перемешивания вроде такой возрастающий ряд есть, но настолько слабый, что судить не берусь, есть ли он на самом деле.
Понятно, что температура корпуса кружки влияет на его собственные частоты. Чем выше температура, тем выше частоты. Но почему тогда перемешивание, приводящее скорее к охлаждению нижних слоев (наверху теплообмен в воздух значительнее, нежели внизу, через теплоизоляцию керамики, а значит, и температура наверху опускается быстрее) снова приводит к эффекту повышения частот при постукивании? Ведь дополнительного нагрева уже нет?

[realeugene]

statistonline в сообщении #1335494 писал(а):

Но почему тогда перемешивание, приводящее скорее к охлаждению нижних слоев (наверху теплообмен в воздух значительнее, нежели внизу, через теплоизоляцию керамики,

Это не так. Сопротивление теплопередачи керамических стенок чашки на порядок меньше сопротивления теплопередачи воздуха у поверхности кофе и снаружи стенок чашки. Испарение - оно, конечно, тоже что-то вносит в охлаждение, но если нет кипения, оно не особо сильное. При перемешивании улучшается теплообмен между стенками чашки и основным объёмом кофе в чашке. При просто постукивании ложкой тоже кофе слегка перемешивается, кстати.

[statistonline]

То есть Вы хотите сказать, что при перемешивании (и сразу после него) температура у дна чашки начинает возрастать?

[realeugene]

statistonline в сообщении #1335509 писал(а):

То есть Вы хотите сказать, что при перемешивании (и сразу после него) температура у дна чашки начинает возрастать?

Да.

[Xey]

statistonline в сообщении #1335494 писал(а):

температура корпуса кружки влияет на его собственные частоты. Чем выше температура, тем выше частоты.

Наверно влияют напряжения от неравномерного прогрева чашки (стекло их не выдерживает).

[statistonline]

realeugene в сообщении #1335506 писал(а):

Сопротивление теплопередачи керамических стенок чашки на порядок меньше сопротивления теплопередачи воздуха у поверхности кофе и снаружи стенок чашки

Где можно посмотреть обоснование этого факта? По таблицам у воды при кипении $\lambda=$ 0,683 Вт/м$\cdot$К. У керамики (я брал по таблицам полнотелый кирпич из обожженной глины) $\lambda=$ 0,5 Вт/м$\cdot$К.

[realeugene]

statistonline в сообщении #1335546 писал(а):

Где можно посмотреть обоснование этого факта? По таблицам у воды при кипении $\lambda=$ 0,683 Вт/м$\cdot$К. У керамики (я брал по таблицам полнотелый кирпич из обожженной глины) $\lambda=$ 0,5 Вт/м$\cdot$К.

В учебниках. Вы не понимаете эти табличные цифры, судя по вашей аргументации.

[GraNiNi]

Восприятие звука очень субъективно, а способ эвукоизвлечения путем постукивания тоже подвержен случайностям, а тон зависит от места удара ложки по высоте кружки - ближе ко дну - один, выше (о стенку) - другой.
Поэтому нужна звукозапись и ее частотный анализ.

[wrest]

Я думаю, что эффект скорее связан с изменением (уменьшением) концентрации растворенных газов со временем, а не с нагревом кружки.

[arseniiv]

GraNiNi в сообщении #1335557 писал(а):

Восприятие звука очень субъективно, а способ эвукоизвлечения путем постукивания тоже подвержен случайностям, а тон зависит от места удара ложки по высоте кружки - ближе ко дну - один, выше (о стенку) - другой.

Я тоже замечал эффект много раз, когда размешивал растворимые горячие штуковины, и никаких других изменений звука при этом не наблюдал.

-- Чт авг 30, 2018 22:41:11 --

Надо просто налить в горячую кружку холодной воды и проверить, будет ли обращение.

-- Чт авг 30, 2018 22:43:10 --

(Оффтоп)

Кстати, думал, что тема будет про конвективные ячейки, но у меня они были видны только в (растворимом) какао, и то не всегда. Слабоконтрастные границы, со временем меняющие формы, появляющиеся изниоткуда и уходящие вникуда. Из-за слабого контраста плохо фотографируются, но если кто-то интересовался или наблюдал, открывайте тему, и я постараюсь попробовать заснять их ещё раз в специальных условиях.

[venco]

Я всегда думал, что эффект вызван пузырьками, которые постепенно всплывают.

[statistonline]

realeugene в сообщении #1335506 писал(а):

При перемешивании улучшается теплообмен между стенками чашки и основным объёмом кофе в чашке.

Вот это еще не совсем понял. Поясните чуть подробней, если можно. Правильно ли я понял, что при перемешивании возникает существенный градиент, который и облегчает теплопередачу?

-- 31.08.2018, 09:26 --

venco в сообщении #1335642 писал(а):

Я всегда думал, что эффект вызван пузырьками, которые постепенно всплывают.

Да, я нашел в сети несколько объяснений происходящего, там упирают именно на свойство пузырьков увеличивать сжимаемость жидкой среды, т.е. снижать её упругость. Даже название оказывается у эффекта есть! https://en.wikipedia.org/wiki/Hot_chocolate_effect

[realeugene]

statistonline в сообщении #1335679 писал(а):

Вот это еще не совсем понял. Поясните чуть подробней, если можно. Правильно ли я понял, что при перемешивании возникает существенный градиент, который и облегчает теплопередачу?

При перемешивании в кофе возникает существенная турбулентность, которая приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, увеличению градиента температуры в нём и, тем самым, повышает теплопередачу к стенкам.
Для того и перемешивают сахар в кофе: турбулентность, также, существенно повышает эффективную диффузию растворённого сахара от поверхности его кристаллов, что увеличивает скорость его растворения.